Pomiary i kontrola ograniczników przepięć
Instalacja elektryczna projektowana i wykonywana jest na długie lata użytkowania jako element infrastruktury budynku. Aby prawidłowo funkcjonowała, należy ją okresowo sprawdzać podobnie jak okresowo wykonujemy przegląd samochodu. Celem okresowej kontroli instalacji elektrycznej jest ocena jej sprawności i prewencyjne działanie zanim dojdzie do uszkodzenia urządzeń lub wypadku z udziałem człowieka lub inwentarza. Jednym z kluczowych elementów instalacji elektrycznej są ograniczniki przepięć, które jako jeden ze środków ochrony chronią przed skutkami bezpośrednich i pośrednich wyładowań atmosferycznych oraz przepięć komutacyjnych. W jaki sposób ocenić stan ograniczników przepięć? Tego dowiesz się z poniższego tekstu.
Spis treści
Jak często należy sprawdzać instalację elektryczną?
Artykuł 5 pkt 2 Ustawy Prawo budowlane z roku 1994 wraz z późniejszymi zmianami nakłada obowiązek utrzymywania obiektów budowlanych w należytym stanie technicznym. W tym samym akcie prawnym ustawodawca w art. 62 nakłada na właścicieli i zarządców obiektów budowlanych nakaz okresowej kontroli:
Art. 62. 1. Obiekty budowlane powinny być w czasie ich użytkowania poddawane przez właściciela lub zarządcę kontroli:
1) okresowej, co najmniej raz w roku, polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego:
- a) elementów budynku, budowli i instalacji narażonych na szkodliwe wpływy atmosferyczne i niszczące działania czynników występujących podczas użytkowania obiektu,
- b) instalacji i urządzeń służących ochronie środowiska,
- c) instalacji gazowych oraz przewodów kominowych (dymowych, spalinowych i wentylacyjnych);
2) okresowej, co najmniej raz na 5 lat, polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego i przydatności do użytkowania obiektu budowlanego, estetyki obiektu budowlanego oraz jego otoczenia; kontrolą tą powinno być objęte również badanie instalacji elektrycznej i piorunochronnej w zakresie stanu sprawności połączeń, osprzętu, zabezpieczeń i środków ochrony od porażeń, oporności izolacji przewodów oraz uziemień instalacji i aparatów;
Kto może dokonać okresowej kontroli instalacji elektrycznej?
Okresową kontrolę i sprawdzenie instalacji elektrycznej zgodnie z Ustawą Prawo Budowlane z roku 1994 wraz z późniejszymi zmianami mogą przeprowadzać osoby posiadające kwalifikacje wymagane przy wykonywaniu dozoru nad eksploatacją urządzeń, instalacji oraz sieci energetycznych i gazowych.
Ogranicznik przepięć czy jest wymagany?
W Polsce zapewnienie ochrony przed przepięciami dla instalacji elektrycznych jest wymagane prawem. Wskazuje na to pośrednio Ustawa o prawie budowlanym z roku 1994 (wraz z późniejszymi zmianami) w kontekście ochrony odgromowej i przepięciowej.
W rozdziale 6, art. 61, ustęp 2 mówi o tym iż „Właściciel lub zarządca obiektu budowlanego jest obowiązany zapewnić dochowując należytej staranności, bezpieczne użytkowanie obiektu w razie wystąpienia czynników zewnętrznych odziaływujących na obiekt, związanych z działaniem człowieka lub sił natury, takich jak: wyładowania atmosferyczne, (…) w wyniku których następuje uszkodzenie obiektu budowlanego lub bezpośrednie zagrożenie takim uszkodzeniem, mogące spowodować zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, bezpieczeństwa mienia lub środowiska.
Kolejnym aktem prawnym, który doprecyzowuje to zagadnienie jest Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (z późniejszymi zmianami).
Rozporządzenie to konkretyzuje wymaganą ochronę odgromową i przepięciową:
- § 53 Ustęp 2: „Budynek należy wyposażyć w instalację chroniącą od wyładowań atmosferycznych. Obowiązek ten odnosi się do budynków wyszczególnionych w Polskiej Normie dotyczącej ochrony odgromowej obiektów budowlanych.”
- § 180. Instalacja i urządzenia elektryczne, przy zachowaniu przepisów rozporządzenia, przepisów odrębnych dotyczących dostarczania energii, ochrony przeciwpożarowej, ochrony środowiska oraz bezpieczeństwa i higieny pracy, a także wymagań Polskich Norm odnoszących się do tych instalacji i urządzeń, powinny zapewniać: (…)
- ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi,powstaniem pożaru, wybuchem i innymi szkodami.
- § 183. Ustęp 1. W instalacjach elektrycznych należy stosować: (…)
- połączenia wyrównawcze główne i miejscowe, łączące przewody ochronne z częściami przewodzącymi innych instalacji i konstrukcji budynku
- urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej
Co to jest ogranicznik przepięć?
Aby odpowiedzieć na pytanie co to jest ogranicznik przepięć, skorzystam z definicji zawartej w normie:
PN-EN 61643-11. Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia. Część 11: Urządzenia ograniczające przepięcia w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia.
Norma którą przywołuję swoim zakresem odnosi się do urządzeń ograniczających przepięcia pochodzące od bezpośrednich wyładowań piorunowych oraz od przepięć łączeniowych. Urządzenia te mają być przeznaczone do pracy w sieci 50-60Hz oraz cechować się napieciem pracy nie przekraczającym 1000V rms.
W owym dokumencie znajdziemy taką definicję urządzenia SPD (surge protective device) zwanym ogranicznikiem przepięć:
„urządzenie zawierające przynajmniej jeden nieliniowy komponent, którego przeznaczeniem jest ograniczenie przepięć i odprowadzenie przepięć.”
Dodatkowo norma przywołuje adnotację, iż mowa jest o gotowym do zamontowania urządzeniu z możliwością podłączenia do instalacji elektrycznej.
Norma PN-EN 61643-11 wprowadza również podział konstrukcyjny ograniczników przepięć.
Urządzenia ograniczające przepięcia dzielimy na:
- Ogranicznik przepięć ucinający napięcie – urządzenie o wysokiej impedancji w warunkach normalnych, która to dynamicznie i szybko dąży do zera podczas przepięcia. Konstrukcja oparta zazwyczaj na iskierniku, możliwy tyrystor. Norma nie precyzuje z jakiego elementu ma się składać urządzenie.
- Ogranicznik przepięć ograniczający napięcie – urządzenie o wysokiej impedancji w warunkach normalnych, która to stopniowo dąży do zera wraz ze wzrostem napięcia. Konstrukcja oparta zazwyczaj na warystorze – norma nie precyzuje z jakiego elementu ma się składać urządzenie.
- Ogranicznik przepięć typu kombinowanego – zawierający element ucinający napięcie i ograniczający napięcie.
Jak działa ogranicznik przepięć?
Szczegółowy sposób działania ograniczników przepięć został opisany na Kanale Elektrycznym w poniższym wpisie:
lub w wersji wideo:
Sprawdzanie i kontrola stanu ograniczników przepięć
Oględziny i weryfikacja organoleptyczna ograniczników przepięć
Podstawowym sposobem kontroli stanu ograniczników przepięć jest ocena organoleptyczna. Innymi słowy sprawdzanie ograniczników przepięć zaczynamy od oględzin i weryfikacji własnymi zmysłami (wzrokiem).
Jeśli ogranicznik przepięć jest wyposażony w wkłady z optyczną sygnalizacją stanu, należy zgodnie z instrukcją producenta takiego aparatu dokonać weryfikacji. Zazwyczaj kolor zielony oznacza sprawny wkład a kolor czerwony sygnalizuje uszkodzenie. Przykładem może być ogranicznik przepięć produkcji EATON z wymiennymi wkładami, które wyposażone są w optyczną sygnalizację uszkodzenia.
W przypadku aparatu bez optycznej sygnalizacji lub po dokonanej weryfikacji wkładów, należy dokonać weryfikacji przewodów zasilających ogranicznik przepięć oraz przewodu PE. Należy sprawdzić czy na przewodach nie widać sadzy/zwęglenia izolacji mogącej sugerować uszkodzenie izolacji przewodów w wyniku wyładowania piorunowego lub przepływu prądu zwarciowego. Musimy też mieć na uwadze, że pozytywna weryfikacja sygnalizacji optycznej nie stanowi o prawidłowej pracy całego układu. Należy też dokonać weryfikacji przekrojów przewodów w zależności od typu ogranicznika.
Przewody łączące ogranicznik przepięć po stronie AC z głównym zaciskiem uziemiającym powinny mieć minimalny przekrój:
- 6 mm2 CU dla ograniczników Typu 2
- 16 mm2 CU dla ograniczników Typu 1
Na koniec należy dokonać optycznej weryfikacji stanu dobezpieczenia ogranicznika przepięć – jego stanu i przewodów do niego doprowadzonych. Ogranicznik przepięć nie chroni przed skutkami prądów zwarciowych, zatem jego prawidłowa praca jest uzależniona od skuteczności jego dobezpieczenia. Z praktyki pragnę dodać, że najczęstszym powodem uszkodzenia wkładów ogranicznika jest przepływ prądu zwarciowego i brak lub nieskuteczność dobezpieczenia.
Jak często należy sprawdzać stan ograniczników przepięć?
Zgodnie z normą PN-EN 62305-3 maksymalny okres między przeglądami LPS (z ang. lightning protection system) nie powinien przekroczyć:
Poziom ochrony obiektu | Oględziny (rok) | Pełne sprawdzenie (rok) |
I i II | 1 | 2 |
III i IV | 2 | 4 |
Przy okazji należy wyjaśnić czym jest owy LPS – to nic innego jak system ochrony odgromowej i przepięciowej, którego jednym z elementów są m.in. ograniczniki przepięć czy instalacja odgromowa.
Wracając do wymaganej częstotliwości kontroli ograniczników przepięć (SPD), należy uwzględniać zalecenia producentów mając na uwadze warunki gwarancji na produkt i jego prawidłową eksploatację. Co więcej, zaleca się kontrolę ograniczników przepięć po każdym zidentyfikowanym wyładowaniu atmosferycznym w obiekt. Jest to zrozumiałe, bowiem siły działające na instalację w takich okolicznościach mogą mimo skutecznego odprowadzenia prądu piorunowego uszkodzić aparat. Wraz z kontrolą samego ogranicznika przepięć, należy ocenić stan jego dobezpieczenia.
Finalnie to pomiarowiec wpisuje następną datę kontroli i pomiarów instalacji elektrycznej w tym i ograniczników przepięć. Czasookres może ulec skróceniu, jeśli elektryk pomiarowiec dopuszczający instalację do ruchu uzna, że warunki eksploatacji i środowiska wymagają częstszych kontroli.
Wymagania stawiane ogranicznikom przepięć zgodnie z PN-HD 60364-6
W zakresie sprawdzania i kontroli instalacji elektrycznych główną normą jest PN-HD 60364-6 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Sprawdzanie.
Znajdują się tam odniesienia do ograniczników przepięć (SPD), które poniżej przytaczam.
Inspekcja i oględziny (pkt 6.4.2.3)
W ramach inspekcji i oględzin instalacji należy dokonać w oparciu o normę PN-EN 60364-5-53
- weryfikacji doboru ograniczników przepięć
- weryfikacji miejsca montażu ograniczników przepięć
- prawidłowości montażu ograniczników przepięć
Pomiar rezystancji izolacji (pkt 6.4.3.3)
Instalacje o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 500V mierzone są napięciem probierczym 500V DC.
Zgodnie z normą, jeśli ograniczniki przepięć mogą mieć wpływ na wynik pomiaru rezystancji izolacji lub mogą ulec uszkodzeniu podczas pomiaru (zbyt wysokie napięcie), należy je odłączyć przed wykonaniem pomiaru rezystancji izolacji.
Wymagania stawiane ogranicznikom przepięć zgodnie z PN-EN 61643-11
Norma PN-EN 61643-11 stawia wymagania w zakresie znakowania, opisania, wykonania i testowania ograniczników przepięć.
Elektryk pomiarowiec nie jest w stanie odtworzyć na obiekcie warunków laboratoryjnych niezbędnych w zakresie testów wytrzymałości na bezpośredni lub pośredni udar. Natomiast możliwy jest pomiar napięcia Uc opisywanym miernikiem rezystancji izolacji SONEL MIC-2511 oraz weryfikacja poprawności oznakowania, stanu, doboru i podłączenia ogranicznika przepięć.
Prawidłowe oznakowanie ogranicznika zgodnie z PN-EN 61643-11
Pomiar napięcia Uc ogranicznika z wykorzystaniem miernika SONEL MIC-2511
Jednym z kluczowych parametrów ogranicznika jest parametr Uc.
Uc to największe napięcie trwałej pracy – maksymalne napięcie, które może być przyłożone do zacisków ogranicznika przepięć. Powyżej tej wartości, ogranicznik może zadziałać. Uc dobiera się na napięcie sieci, w której ogranicznik będzie pracować. Dla sieci 230/400V max. Uc wynosi 230V +10% = 253V (układy TN i TT).
Do pomiaru napięcia Uc wykorzystuję miernik rezystancji izolacji firmy SONEL model MIC-2511, który pozwala na pomiar parametru Uc i ocenę sprawności ogranicznika ze względu na ten parametr.
Jak działa miernik SONEL MIC-2511 i jak technicznie jest wykonywany pomiar?
Miernik SONEL MIC-2511 wykonuje pomiar ogranicznika przepięć w ten sposób, że podaje coraz wyższe napięcie o określonej stromości czoła, sprawdzając dla jakiej wartości nastąpi przebicie (symuluje przepięcie sprawdzając czy ogranicznik przewodzi czy nie i dla jakiego napięcia).
Pomiar odbywa się napięciem stałym DC. Ograniczniki przepięć pracują z napięciem AC, więc miernik dokonuje przeliczenia DC na AC zgodnie ze wzorem:
Ogranicznik uznajemy za niesprawny gdy napięcie przebicia Uac:
- Przekracza 1000V – oznacza to przerwę w ogranicznika i brak skutecznej ochrony
- Przekracza wartość Uc – brak skutecznej ochrony ponieważ wszystkie udary większe od Uc i mniejszej od zmierzonego napięcia przebicia mogą wnikać do instalacji
- Jest zbyt małe – ogranicznik może odprowadzać sygnały o wartości napięcia sieciowego
Uwagi przed dokonaniem pomiaru
- Należy sprawdzić wartość napięcia Uc ogranicznika przepięć aby nie podac na jego zaciski zbyt wysokiego napięcia
- Należy odłączyć ogranicznik od napięcia albo poprzez odłączenie przewodów lub poprzez wymontowanie wkładki i pomiar samego wkładu
Wymagane ustawienia na mierniku przed pomiarem
- Napięcie pomiarowe Un – maksymalne napięcie, jakie może zostać podane na ogranicznik; ma wpływ na stromość narastania napięcia; do wyboru 1000V / 200 V/s i 2500V / 500 V/s
- Limit napięcia Uc – parametr odczytany z obudowy ogranicznika przepięć
Zakres tolerancji Uc % – określa zakres napięcia, w jakim powinno zmieścić się rzeczywiste napięcie ogranicznika. Tolerancję możemy uzyskać od producenta lub przyjąć zgodnie z normą PN-EN 61643-11 max. 20% tolerancji
UWAGA 1: Celem oceny skuteczności ochrony ogranicznika przepięć należy zweryfikować (pomierzyć) każdy z wkładów osobno.
UWAGA 2: Przed pomiarem należy odłączyć ogranicznik od napięcia lub wypiąć wkłady z podstawy.
Na potrzeby tego artykułu ograniczniki przepięć były testowane jako całkowicie zdemontowane, a wkłady usunięte z podstaw jak na dokumentacji fotograficznej.
Badane ograniczniki przepięć
Pomiar ogranicznika typu T1+T2
Pomiar ogranicznika typu T2
Pomiar ogranicznika typu T3
Typowe błędy montażowe ograniczników przepięć
Niepodłączony przewód PE do ogranicznika przepięć
Często spotykanym błędem montażowym są niepodłączone przewody. Poniżej zdjęcie rozdzielnicy głównej z niepodłączonym przewodem PE.
Ogranicznik przepięć z niepodłączonym zasilaniem
Innym przykładem niepoprawnego podłączenia ogranicznika przepięć jest niepodłączenie przewodów roboczych zasilających do zacisków L1 L2 L3 ogranicznika. Poniżej ogranicznik w układzie TN-C z niepodłączonymi przewodami zasilającymi.
Wymienione wkłady, uszkodzona podstawa ogranicznika przepięć
Wymiana uszkodzonych wkładów bez wymiany uszkodzonej podstawy ogranicznika przepięć. Choć ograniczniki przepięć w wersji z wymiennymi wkładami pozwalają na wymianę wkładów, nie zawsze sama wymiana wkładów jest wystarczająca. Poniższe zdjęcie pokazuje uszkodzoną podstawę ogranicznika przepięć. Zatem sama wymiana wkładów w tym wypadku jest niewystarczająca.
Podsumowanie
Instalacja elektryczna i wszystkie jej elementy, w tym ograniczniki przepięć podlegają obowiązkowym okresowym kontrolom i ocenie ich sprawności. Ograniczniki przepięć to wymagany prawem środek ochrony przed skutkami wyładowań atmosferycznych i przepięć. Weryfikacji dokonuje elektryk z odpowiednimi uprawnieniami, dokonując oględzin i weryfikacji organoleptycznej. Stosując odpowiednie mierniki np. model SONEL MIC-2511 możemy dodatkowo zmierzyć wybrane parametry ograniczników przepięć aby kontrola i weryfikacja była bardziej kompleksowa.
Bibliografia
Akty prawne
- Ustawa Prawo Budowlane z roku 1994 wraz z późniejszymi zmianami
- Rozporządzenie Ministra ds. Infrastruktury ws. warunków technicznych jakim podlegają budynki i ich usytuowanie wraz z późniejszymi zmianami
Opracowania:
- Broszura nt. bezpieczeństwa produktów niskiego napięcia KIGEIT
- Instrukcja Sonel Measure Effect dostęp online 20.12.2024
- Instrukcja miernika rezystancji izolacji SONEL MIC-2511 dostęp online 20.12.24
Strony www
- www.kanalelektryczny.pl dostęp 20.12.2024
- www.sonel.pl dostęp 20.12.2024
Normy:
- PN-EN 61643-11 Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia — Część 11: Urządzenia ograniczające przepięcia w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia — Wymagania i metody badań
- PN-HD 60364-6:2016-07 Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część 6: Sprawdzanie
- PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa — Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia
- PN-HD 60364-5-53:2022-10 Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część 5-53: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego — Aparatura rozdzielcza i sterownicza
Jak dobrać wyłącznik różnicowoprądowy? Poradnik elektryka
