Ogranicznik przepięć – pioruny nam nie straszne?

Ogranicznik przepięć. Często niedoceniany, ale jakże ważny element domowej skrzynki rozdzielczej… STOP!
Czy aby na pewno? Element ten jest na pewno zalecany przez producentów i dystrybutorów osprzętu elektrycznego, natomiast wśród instalatorów i inwestorów zdania są podzielone. Ale po kolei.

Początkowy zestaw pytań wygląda następująco:

• Jakie są klasy ograniczników (ochronników)?
• Z czego się składa i w jaki sposób funkcjonuje ochronnik?
• Jak podłączyć ogranicznik przepięć?
• Jakie są parametry ochronnika?
• Czy ogranicznik naprawdę ochroni moje urządzenia?

Klasy ochronników (ograniczników)

W obszarze tzw. niskiego napięcia (napięcie poniżej 1000V) ochronniki dzielimy na 4 klasy oznaczone literami alfabetu: A, B, C i D

Ogólnie rzecz biorąc ochronnik danej klasy chroni przed przepięciami o określonym poziomie napięcia i w określonym miejscu. Zacznijmy od ich krótkiego omówienia.

Ogranicznik klasy A nie jest stosowany w domowych instalacjach, służy do zabezpieczania linii energetycznych napowietrznych.

Ochronnik klasy B (typ 1) służy do ochronny przed przepięciami o wysokiej wartości napięcia np. wywoływanymi bezpośrednim uderzeniem pioruna w linię energetyczną.

Ogranicznik klasy C (typ 2) ma za zadanie ochronę przed przepięciami o nieco mniejszym przekroczeniu wartości napięcia w sieci.
Ochronniki klasy B i C są montowane najczęściej w domowych rozdzielnicach.

Ochronnik klasy D (typ 3) służy do bezpośredniej ochrony wybranych, czułych na wszelkie przepięcia urządzeń. Montowany jest w rozdzielnicy lub za gniazdkiem w puszce elektrycznej, albo bezpośrednio w urządzeniu.

Każdy ochronnik ogranicza skok potencjału elektrycznego tylko do pewnego poziomu. Im bliżej instalacji zasilającej tym wyższej klasy osprzęt powinien być zastosowany. Przykładowo ochronnik:

• Klasy A zmniejszy poziom napięcia do 6kV,
• Klasy B zmniejszy poziom napięcia do 2.5kV
• Klasy C zmniejszy poziom napięcia do 1.5kV,
• Klasy D zmniejszy poziom napięcia do 0.8kV.

Ochronniki poszczególnych klas powinny być zatem stosowane kaskadowo, stopniowo zmniejszając poziom napięcia. I tak w praktyce jest. Jeśli posiadamy jedną rozdzielnicę w domu, to w niej stosujemy ochronniki zarówno klasy B i C (są też ochronniki 2 w 1 czyli B+C).
Jeśli budynek jest wielopiętrowy, to w rozdzielnicy głównej powinno zastosować się ochronniki klasy B, a w rozdzielnicach w poszczególnych piętrach ograniczniki klasy C.
Pod gniazdkami, jeśli urządzenie jest wrażliwe na przepięcia, możemy dodatkowo zastosować ograniczniki klasy D.
Do ochronników klasy A i tak nie mamy dostępu, także tutaj jesteśmy skazani na łaskę lub niełaskę zakładu energetycznego.

Jako, że jest to cykl o domowej rozdzielnicy, w poniższym artykule skupię się na ochronnikach klasy B oraz klasy C (w innej nomenklaturze typu I i II).

Podstawowe symbole używane, gdy mowa o ochronniku (ograniczniku) przepięć, są następujące

Znajdziesz je na wszelakich schematach producentów osprzętu i projektów instalacji elektrycznych. Iskiernik i warystor to element ogranicznika, o których piszę w dalszych rozdziałach.

Budowa ochronnika

Standardowy  ochronnik przepięć typu B lub C (ew. B+C) zbudowany jest z dwóch elementów:

• Podstawy ochronnika
• Wymiennej wkładki zawierającej w sobie element zabezpieczający

Podstawa

Podstawa ochronnika montowana jest na szynie DIN (TS35). Posiada dwa zaciski. Do górnego podłączamy przewód fazowy (L) lub neutralny (N), na których może pojawić się zbyt duży potencjał elektryczny.
Do dolnego natomiast podpinamy przewód ochronny PE, który jest połączony z listwą ochronną rozdzielnicy.
W przypadku ochronników stosowanych w obwodach trójfazowych, górnych zacisków jest oczywiście odpowiednio więcej (patrz rozdział poniżej).

Przewód ochronny powinien mieć przekrój minimum 4mm², aczkolwiek nie zaszkodzi więcej. W końcu istnieje szansa, że będzie tym przewodem płynął prąd o bardzo dużym natężeniu i nie chcemy, żeby przewód się przepalił.

Pod zaciskiem PE (zdjęcie po lewej) znajdują się 3 piny. Standardowo w zestawie dołączona jest wtyczka, którą wsuwa się w to miejsce i która umożliwia podpięcie przewodów (w prezentowanym ochronniku na etapie remontu, wtyczka ta nie mówiąc nikomu, wyruszyła w świat).
W każdym razie dzięki tym zaciskom mamy możliwość uzyskania zdalnego powiadamiania w przypadku uszkodzenia wkładki bądź jej wyciągnięcia. Sygnał ten możemy podpiąć np. do wejścia centralki alarmowej (schemat po prawej) . W tym przypadku centralka będzie informowana o uszkodzeniu wkładki poprzez przerwanie obwodu elektrycznego pomiędzy przewodem czerwonym a zielonym.

Wkładka

Wkładka zawiera w sobie wszystkie najważniejsze elementy, dzięki którym ochronnik funkcjonuje:

• Klasa B (typ I) – podstawowym elementem jest iskiernik
• Klasa C (typ II) – podstawowym elementem jest warystor

Jak funkcjonuje ochronnik?

Najpierw powiedzmy sobie co dokładnie chronimy przy pomocy ogranicznika przepięć typu I lub II. Ochronie podlegają urządzenia zasilone z przewodów zasilających podpiętych do ochronnika w skrzynce rozdzielczej. Dotyczy to zarówno przewodów fazowych jak i neutralnych (w ilości zależnej od wybranego rodzaju ochronnika).

Ogólną zasadą jest to, że po jednej (górnej) stronie ochronnika podpinamy przewody fazowe i ew. przewód neutralny, a po drugiej stronie przewód ochronny.
Gdy napięcie w układzie jest ok, rezystancja pomiędzy przewodami podpiętymi od góry, a przewodem ochronnym jest bardzo duża, rzędu kilku GΩ (Giga Ohm). Dzięki temu, przez ochronnik prąd nie płynie.

Gdy pojawia się skok napięcia w układzie, przez ochronnik do ziemi zaczyna płynąć prąd. A o jakim natężeniu on płynie to już zależy od przyczyny przepięcia oraz od wybranej klasy ogranicznika.

W ochronnikach klasy B głównym elementem jest (a przynajmniej powinien być) iskiernik. Nadmieniłem powyżej, że podczas normalnej pracy rezystancja ochronnika jest bardzo duża. W przypadku iskiernika ta rezystancja jest gigantyczna, ponieważ iskiernik stanowi przerwę w obwodzie. Podczas bezpośredniego uderzenia piorunu w element instalacji elektrycznej, rezystancja iskiernika spada niemal do zera, a to za sprawą łuku elektrycznego. Na skutek pojawienia się bardzo dużego potencjału elektrycznego, łuk elektryczny tworzy się w iskierniku pomiędzy odseparowanymi wcześniej elementami. Łuk elektryczny to, powiedzmy sobie w uproszczeniu, dłużej trwające wyładowanie elektryczne (iskra).
Dzięki temu pomiędzy przykładowo, przewodem fazowym w którym występuje bardzo duży skok napięcia, a przewodem ochronnym pojawia się zwarcie i prąd o dużym natężeniu płynie prosto do ziemi z pominięciem domowej instalacji elektrycznej. Po wygaśnięciu wyładowania iskiernik wraca do normy (czyli przerwy w obwodzie).

Ogranicznik klasy C posiada w sobie warystor. Warystor jest to specyficzny opornik, który przy niskim potencjale elektrycznym posiada bardzo duży opór. Jeśli w układzie na skutek wyładowania pośredniego pojawi się skok napięcia, jego opór gwałtownie maleje, powodując przepływ prądu do ziemi i analogiczną sytuację co w przypadku iskiernika.
Różnica pomiędzy klasą B, a klasą C jest taka, że ta ostatnia jest w stanie wychwycić skoki napięcia o mniejszym potencjale niż bezpośrednie uderzenie pioruna. Wadą tego rozwiązania jest dość szybkie zużywanie się warystorów.

Kluczowe w ochronnikach przepięć bez względu na zastosowaną klasę, jest posiadanie instalacji uziemiającej o bardzo dobrych parametrach tj. posiadającej bardzo mały opór elektryczny. Jeśli ten opór będzie zbyt duży, prąd udarowy (wywołany uderzeniem pioruna) zamiast przez ochronnik, może popłynąć przez instalację elektryczną i pozostawić po sobie popalony sprzęt wpięty w danej chwili do gniazdek.

W jaki sposób podpiąć ochronnik w domowej rozdzielnicy?

Zacznijmy od podstaw. Posiadamy instalację jednofazową i jednomodułowy ochronnik przepięć. Chcemy nim zabezpieczyć przewód fazowy. Typ sieci to TN-S (o typach sieci piszę tutaj).

Zasilający przewód fazowy podpinamy bezpośrednio do ochronnika, a ochronnik od drugiej strony wpinamy do listwy zaciskowej PE.  Prawda, że super proste? 🙂

Ale zaraz, w tej domowej rozdzielnicy nic więcej poza różnicówką się nie znajduje. Pora to uzupełnić.

Jak widzisz, zainstalowanie ochronnika przepięć nie wpływa na dalszą organizację elementów w domowej rozdzielnicy. Podpięcie wyłącznika różnicowo-prądowego i wyłączników nadmiarowo-prądowych odbywa się w ten sam sposób, co zostało opisane w artykułach o różnicówkach (część 1, część 2, część 3).

Generalnie rzecz ujmując w rozdzielnicy ochronniki przepięć klasy B, C lub B+C instaluje się przed wyłącznikiem (lub wyłącznikami) różnicowo-prądowymi i nadmiarowo-prądowymi.
Patrząc na to z innej strony, ogranicznik jest pierwszym elementem za zabezpieczeniem głównym danego obiektu lub mieszkania znajdującym się najczęściej przy liczniku energii.

Instalacja trójfazowa

W instalacji trójfazowej zwiększa się szerokość ogranicznika i ilość złącz chronionych. Natomiast zasada funkcjonowania ochronnika pozostaje ta sama. Najczęściej stosowane ochronniki instalacji trójfaozwych pracują w układzie 4+0 co oznacza, że do ochronnika podpinamy:

• 3 przewody fazowe
• 1 przewód neutralny

Każdy z przewodów podlegających ochronie “ma równe prawa” tj. ewentualne przepięcia z danego przewodu są likwidowane poprzez poprowadzenie prądu do instalacji ochronnej, a w rezultacie do ziemi.

Pytanie na spostrzegawczość: Czego brakuje na powyższym rysunku? 🙂

Oczywiście dla instalacji TN-C (instalacja bez osobnego przewodu ochronnego) można zakupić ochronniki posiadające jedynie 3 złącza chronione. Od dolnej strony wtedy podpinamy ogranicznik do listwy PEN (neutralno-ochronnej).

Dobezpieczenie ochronnika

Każdy producent opcjonalnie zaleca zastosowanie dodatkowego bezpiecznika chroniącego instalację na wypadek uszkodzenia ogranicznika przepięć i spowodowania zwarcia przewodu fazowego z przewodem ochronnym.
W domowych instalacjach nie jest to zbyt często praktykowane, ponieważ zabezpieczenie przeciwzwarciowe istnieje w postaci przedlicznikowego wyłącznika nadprądowego lub bezpiecznika, a jego niewielki (najczęściej) prąd znamionowy spokojnie zabezpieczy instalację przed awariami.

Przykładowo w moim ochronniku producent zaleca zastosowanie bezpiecznika o prądzie znamionowym max. 125A. Natomiast w piwnicy (przed licznikiem) posiadam wkręcany bezpiecznik o wartości znamionowej prądu 25A.

Parametry ochronnika

Last but not least 🙂 . Warto wiedzieć co się kupuje.

1. Ilość modułów (zacisków) – bezpośrednio zależne od typu posiadanej instalacji.
   1-modułowe kupimy gdy posiadamy instalację TN-C jednofazową.
   3-modułowe, gdy instalacja jest w układzie TN-C trójfazowa, a
   4-modułowe gdy instalacja jest trójfazowa w układzie TN-S lub TT. O poszczególnych układach sieci piszę tutaj.
2. Klasa (typ) –  tutaj mamy do wyboru pomiędzy klasą B, C lub B+C. Sprawa tutaj jest dość prosta: jeśli nie mamy pewności, że przed naszym mieszkaniem, domem zastosowano ogranicznik typu B, to warto zaopatrzyć się w rozwiązanie B+C. W przeciwnym wypadku wystarczy ogranicznik typu C.
3. Un – napięcie znamionowe w którym pracuje ogranicznik.
4. Uc – napięcie pracy ochronnika czyli maksymalny poziom napięcia jaki przez ogranicznik jest interpretowany jako wartość w normie.
5. In – prąd znamionowy ogranicznika czyli jak duży prąd w przypadku zwarcia może popłynąć przez ochronnik.
6. Imax – prąd jaki ochronnik jest w stanie przyjąć na klatę podczas wyładowania atmosferycznego. Zauważ, że obie wartości (In = 30 000A i Imax = 60 000A) wydają się być stosunkowo duże w odniesieniu do natężenia prądu podczas normalnej pracy urządzeń w domowym zaciszu.
7. Up – napięcie do którego obniżana jest wartość w przypadku powstania przępięcia. Przykładowo jeśli do ogranicznika dotrze potencjał o napięciu 10 000V, to w przypadku mojego ochronnika jego wartość powinna być obniżona do poziomu 1 500V.

Czy warto?

Każdy inwestor bije się z myślami czy warto inwestować w ogranicznik przepięć. Nie jest to najtańszy element instalacji elektrycznej. Teoretycznie podczas grubszego remontu mieszkania lub budowy domu, wydatek rzędu min. 400 PLN (w przypadku ochronnika 4-modułowego) to promil w oceanie wydatków. W praktyce nie każdy jest na tak, a dodatkowo szansa, że ochronnik faktycznie będzie miał okazję się wykazać wcale nie jest taka duża. Nawet jak zadziała to obniżenie napięcia do poziomu 1 500V lub 1 200V może nie zabezpieczyć czułych urządzeń elektronicznych (i tutaj pojawia się pole do popisu dla ochronników klasy D (i do kolejnych wydatków)).

Tym niemniej, polecam wyposażenie swojej rozdzielnicy w ten osprzęt. Jeśli ochroni on choćby jedno urządzenie to inwestycja prawdopodobnie się zwróci, być może nawet z naddatkiem.

Powtórzę tylko po raz kolejny, że ochronnik przepięciowy bez sprawnej instalacji ochronnej (posiadającej niewielki opór uziemienia, najlepiej rzędu max. kilku Ω) jest niewiele wart.

Podsumowując

Ochronniki mamy za sobą! Albo i nie. To bardzo obszerny temat. Chciałem uchwycić to co najważniejsze w tym artykule, ale pozostało jeszcze kilka niuansów i niuansików.
Jednakże poczyniliśmy kolejny krok w zrozumieniu co w tej nieszczęsnej rozdzielnicy siedzi. I o to właśnie chodzi 🙂 .

PS. Jeśli coś skopciłem w artykule, daj mi znać.