SPD (ang. Surge Protecting Device), czyli po polsku ogranicznik przepięć, jest stosunkowo prostą rzeczą, która przez większość czasu nic nie robi, za wyjątkiem sytuacji przepięcia. Takowe pojawiają się niemal codziennie, praktycznie wszędzie i o każdej porze roku.

Przepięcia możemy podzielić na łączeniowe oraz wyładowcze. Te pierwsze są związane z indukcyjnością przewodów zarówno w sieci, instalacji oraz nawet w przedłużaczach. Czym jest indukcyjność to temat na inny artykuł, jeśli nie na książkę. Warto wiedzieć, że zmiana natężenia prądu spowodowana włączeniem lub wyłączeniem każdego urządzenia powoduje, iż ta indukcyjność “broni się” przed tą zmianą, poprzez wytworzenie własnego napięcia.

Co innego gdy mamy do czynienia z malutką lampką nocną, inaczej gdy sąsiad korzysta z spawarki, a jeszcze inaczej gdy cała pobliska sieć ulega włączeniu po przerwie lub przełączeniu linii/transformatora na inną – co dzieje się bardzo często i może nawet nie zostać zauważone.

Inaczej bajka wygląda gdy piorun uderzy w słup energetyczny zaraz pod budynkiem lub w jego piorunochron połączony z tym samym uziemieniem co instalacja elektryczna. Osoby nieobeznane z tematem, a podające się za elektryków, z uporem maniaka twierdzą, że nie da się zabezpieczyć instalacji i urządzeń przed takowym zdarzeniem. Tym samym robią krzywdę wielu nieświadomym osobom, które nie chcą mieć uszkodzonych urządzeń, instalacji ani pożaru – gdyż źle zabezpieczona instalacja może właśnie wywołać pożar w ciągu ułamka sekundy już w trakcie bliskiego spotkania z piorunem.

Uderzenie pioruna, zwane inaczej elektrycznym wyładowaniem atmosferycznym, to de facto zwarcie elektryczne okładek kondensatora – jedną okładką jest naelektryzowana chmura, a drugą ziemia lub obiekt na ziemi.

Większość wyładowań atmosferycznych, to wyładowania ujemne i wyjątkowo zdarzają się dodatnie. W jego trakcie pojawia się bardzo krótki (krócej niż pół tysięcznej części sekundy) impuls o bardzo dużym natężeniu prądu. Konkretnie jego wartość wynosi kilkanaście-kilkadziesiąt kiloamperów (1 kA = tysiąc amper). W bardzo rzadkich przypadkach przekracza 100 kA.

Wbrew pozorom, od wielu lat istnieją zadajniki potrafiące wygenerować impuls prądu 100 kA o czasie trwania 0.35 ms. Na tej podstawie jesteśmy w stanie ocenić wytrzymałość danego ogranicznika oraz to czy np. nie ulegnie on częściowemu uszkodzeniu.

Znamionową wytrzymałość 100 kA 0.35 ms posiadają jedynie ograniczniki typu T1, które przeważnie są iskiernikowe i kosztują minimum tysiąc złotych, a nie kilkadziesiąt. Nawet najdroższy ogranicznik T2 nie wytrzyma takiej “imprezy”.

Co powoduje, że ogranicznik wybucha i jaka jest różnica między warystorem a iskiernikiem?

Każdy przewodnik oraz każdy izolator posiada rezystancję (oporność) elektryczną. W przypadku elementów mających charakter czysto rezystancyjny, cała energia elektryczna zamieniana jest na ciepło. Przy czym moc to ilość wydzielanej energii w ciągu danego czasu. Przykładowo 100 W to 100 J energii na każdą sekundę.

Wydzielaną moc można bardzo łatwo obliczyć za pomocą jednego z dwóch wzorów. I^2 * R oraz U^2 : R. Czyli natężenie prądu do kwadratu razy rezystancja, a to drugie to napięcie do kwadratu podzielone przez rezystancja.

Ograniczniki zarówno warystorowe, jak i iskiernikowe, podczas normalnej pracy mają bardzo bardzo dużą rezystancję, więc ilość wydzielanego przez nich ciepła, jest tak niska, że praktycznie niemożliwa do zmierzenia.

Są one elementami które nie posiadają stałej rezystancji i zależy ona głównie od wartości napięcia. Nie wdając się w niezbyt istotne szczegóły, po przekroczeniu napięcia progowego, rezystancja gwałtownie spada i płynie duży prąd – taki jest właśnie cel działania ogranicznika.

Całość obwodu elektrycznego, jaki tworzy wyżej wspomniany kondensator (chmura oraz ziemia), zostaje zamknięty poprzez powietrze (piorun to inaczej dosłownie prąd płynący poprzez powietrze wskutek gigantycznej wartości napięcia), sieć, instalację oraz ogranicznik. Tworzą one sumaryczną rezystancję. Czym szybciej i bardzie spadnie rezystancja ogranicznika, tym mniej energii wydzieli się na nim w postaci ciepła oraz z tych samych powodów wartość szczytowa przepięcia (niezbyt chcianego i krótkotrwałego wzrostu napięcia) zostanie bardziej ograniczona.

Jak widać, w powyższym akapicie, oszczędzanie na ograniczniku to ryzykowanie nie tylko uszkodzeniem zasilanych urządzeń, ale także ryzykowanie uszkodzeniem instalacji, pożarem, a nawet porażeniem prądem, gdyż piorun to płynący znaczny prąd o bardzo dużej wartości napięcia, dla którego powietrze często nie jest problemem.

W jaki sposób wzrost temperatury w ograniczniku powoduje eksplozję lub zapalenie się?

Druga możliwość jest chyba oczywista – trójkąt ognia to paliwo (materiał palny), temperatura oraz tlen. Tani osprzęt elektryczny często jest produkowany z użyciem palnych tworzyw bez dodatków materiałów tzw. samogasnących. Wybuch jest efektem gwałtownego i znacznego wzrostu temperatury, co powoduje pękanie od naprężeń (siła spowodowana rozszerzalnością termiczną) oraz wzrost temperatury powietrza w rozdzielnicy – bywały przypadki, że drzwi rozdzielnicy “przeinstalowały się” na przeciwległą ścianę…

Jest jeszcze jedna niepozorna rzecz, o której się często zapomina, a również może doprowadzić do pożaru podczas przepięcia. Wyżej wspomniałem o zamknięciu obwodu chmura-ziemia – oczywiście uczestniczą w tym przewody, które także mają swoją rezystancję i wydziela się na nich ciepło podczas przepływu prądu (tak samo jak przy prawie wszystkim innym). W prawidłowo zaprojektowanej i prawidłowo wykonanej instalacji, temperatura między miedzią (lub innym przewodnikiem – w tym aluminium) a izolacją przewodu, nie przekroczy 200 °C.

Aby spełnić normy i zarazem mieć bezpieczną instalację (ww. limit temperatury) to koniecznie należy pamiętać o minimalnym przekroju połączeń wyrównawczych i ochronnych, a mniejsze stosować dopiero za ogranicznikiem. W każdym projekcie powinna być podana wartość przekroju dla każdego przewodu, ale podstawowa zasada nie jest skomplikowana – dla ograniczników T2 nie mniej niż 6 mm^2 Cu oraz dla T1 nie mniej niż 16 mm^2 Cu. Przy czym uziom obligatoryjnie zawsze nie mniej niż 16 mm^2 Cu.

Na koniec nadmienię jeszcze o dwóch innych rzeczach, które są “wiedzą tajemną”

Przy stosowaniu równocześnie ogranicznika T1 oraz T2 powinno się stosować ograniczniki tego samego producenta i stosować minimalny odstęp przewodów między nimi podany w instrukcji lub na stronie internetowej oczywiście producenta.

Druga rzecz to sposób podłączenia (kształt T, V, obecność dobezpieczenia), który niekoniecznie ma wpływ na możliwość wybuchu SPD, ale mają bardzo bardzo duży wpływ na wartość szczytową przepięcia – na nic się nie zda nawet najdroższy ogranicznik, jeśli nie został on podłączony prawidłowo. Przy czym, jeśli to możliwe, należy stosować jak najkrótsze przewody przy SPD, a nie tyle ile maksymalnie pozwala norma, oraz to samo z ich przekrojem – oczko więcej nigdy nie zaszkodzi.

Artykuł Dlaczego ograniczniki przepięć wybuchają? pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Piorun uderzył w jednego z zawodników w momencie, gdy sędzia zdecydował już o przerwaniu meczu z powodu pogarszającej się pogody. Piłkarze jednak nie zdążyli zejść z boiska.

Moment uderzenia pioruna został zarejestrowany przez kamery, a video jest udostępniane w mediach społecznościowych:

Cesar Ramos, szef Obrony Cywilnej okręgu Chilca w Peru, przekazał mediom, że śmiertelnie rażony zawodnik “miał na sobie metalową bransoletkę”.

Źródło: X/Twitter

Artykuł Piorun uderzył w boisko podczas meczu piłki nożnej w Peru [18+] pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Każdego dnia na całym świecie dochodzi do ponad czterech milionów wyładowań piorunowych. Około 10 proc. z nich uważa się za wyładowania do ziemi z prądami udarowymi o natężeniu do 200 tys. amperów. Dodatkowo, przepięcia występują w sieciach energetycznych. Zdarzenia te stanowią olbrzymie zagrożenie dla instalacji fotowoltaicznych. Skutecznym zabezpieczeniem natomiast są przystosowane specjalnie do takich sytuacji ograniczniki przepięć (Surge Protection Device, SPD).

Co powoduje występowanie przepięć?

Jedną z najczęstszych i stanowiących największe zagrożenie przyczyn przepięć w instalacji elektrycznej jest jej bezpośrednia ekspozycja na prąd wyładowania piorunowego. Generowana w ten sposób energia może przedostać się do instalacji poprzez bezpośrednie wyładowanie do napowietrznej linii elektroenergetycznej niskiego napięcia, wyładowanie do instalacji odgromowej albo do przewodzących prąd elektryczny instalacji zewnętrznych, takich jak systemy bezpieczeństwa, oświetlenia i klimatyzacji. Często do wzrostu ryzyka wyładowania piorunowego przyczyniają się też anteny (telewizyjne i inne), jeśli nie zostały odpowiednio zabezpieczone, a zainstalowane są w najwyższym punkcie budynku.

Ale instalacja może być narażona także na pośrednią ekspozycję na prąd wyładowania piorunowego, gdy występuje ono w dalszej odległości od linii energetycznych niskiego napięcia – nawet do 2 km od budynku. Wyładowanie w pobliżu instalacji, np. w drzewo rosnące obok chronionego budynku również stanowi zagrożenie dla instalacji elektrycznej ze względu na możliwość zaindukowania się napięcia.  Przepięcia mogą być również spowodowane przez operacje łączeniowe wewnątrz niektórych maszyn (urządzeń spawalniczych, pieców indukcyjnych, silników, pomp itp.), obiektów przemysłowych lub w obrębie wrażliwych urządzeń elektronicznych znajdujących się w wielu urządzeniach i narzędziach gospodarstwa domowego.

Natomiast zakłócenia mogą pochodzić także z wewnątrz domu. W budynkach przepięcie może być spowodowane przez takie operacje jak włączanie i wyłączanie niektórych urządzeń, systemów i elektronarzędzi lub urządzeń z silnikami, takich jak odkurzacze lub pompy. Do przepięć mogą przyczynić się również transformatory przełączające, wyłączniki i obciążenia indukcyjne.

Jak zabezpieczać instalację fotowoltaiczną?

Budynki, na dachach których zainstalowano panele fotowoltaiczne, powinny być zabezpieczone w specjalny sposób. Urządzenia te są szczególnie wrażliwe i wymagają dedykowanej ochrony przeciwprzepięciowej pracującej z napięciem stałym DC, która ma na celu zapewnienie ograniczenia napięcia w taki sposób, aby nie doszło do uszkodzenia paneli fotowoltaicznych, przewodów oraz inwertera. Dotyczy to każdej instalacji fotowoltaicznej – od instalacji w domach mieszkalnych po szpitale, infrastrukturę komunikacyjną i inne budynki publiczne, a także obiekty handlowe oraz przemysłowe, na przykład hotele, banki, sklepy i fabryki.

Zgodnie z normą PN-EN 61643-31ograniczniki przepięć powinny być stosowane w punktach, w których mogą wystąpić przepięcia, szczególnie na wejściach prądu stałego (DC) inwertera, ale zalecane są także na wyjściu prądu przemiennego (AC). Zalecane jest także zainstalowanie dodatkowych ograniczników przepięć w obwodzie DC, gdy inwerter jest daleko od paneli (powyżej 10 metrów bieżących przewodów), np. przy głównej rozdzielnicy. Zabezpieczenie przewodów jest równie ważne jak zabezpieczenie samego inwertera.

Podobnie jak w przypadku zwykłych instalacji elektrycznych, fotowoltaiczne elektrownie chronimy przed przepięciami z pomocą ograniczników przepięć. Dostępne są ograniczniki przepięć dla systemów fotowoltaicznych o różnej klasie testowej, w zależności od ich budowy oraz zastosowania. Najczęściej spotykane to:

• Ograniczniki klasy I, typu T1 – Przeznaczone do ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna tam, gdzie ryzyko takiego wydarzenia jest wysokie.
• Ograniczniki klasy II, typu T2 – Chronią przed przepięciami pośrednimi oraz przepięciami indukowanymi, zapewniają wyższą odporność na przepięcia, co jest kluczowe w przypadku instalacji fotowoltaicznych, które mogą być narażone na różne źródła zakłóceń
• Ograniczniki klasy III, typu T3 – Stosowane jako dodatkowa ochrona, montowane w bezpośrednim sąsiedztwie chronionych urządzeń.

Montaż ograniczników przepięć dla systemów fotowoltaicznych powinien być wykonany zgodnie z zaleceniami producenta oraz obowiązującymi normami, aby zapewnić maksymalną skuteczność ochrony. Warto również regularnie sprawdzać stan techniczny urządzeń i – w razie potrzeby, wymieniać je na nowe, ponieważ ich skuteczność z czasem może się obniżać.

Ograniczniki w ofercie Eaton

Firma Eaton ma w portfolio pełen zestaw ograniczników przepięć dla systemów fotowoltaicznych, oferowanych pod nazwą SPPVR. Ograniczniki przepięć występują w klasie I+II lub II i mogą pracować w instalacjach o napięciu znamionowym 600VDC, 1000VDC lub 1500VDC.  Co istotne, w serii SPPVR występuje wykonanie ogranicznika do zabezpieczenia dwóch łańcuchów PV w jednym aparacie – model SPPVRT12-10-4+PE+AX. Bardzo istotną cechą ograniczników przepięć do fotowoltaiki od Eaton jest elastyczne wykonanie – aparaty posiadają wymienne moduły oraz optyczną sygnalizację uszkodzenia wkładu. Wymienny moduły pozwalają na wymianę pojedynczego wkładu w przypadku uszkodzenia – nie trzeba kupować od razu nowego aparatu. Optyczna sygnalizacja za to pozwala na szybką weryfikację po zdarzeniu przepięciowym na weryfikację ochrony aparatu.

Eaton oferuje również ograniczniki przepięć prądu przemiennego (AC) do stosowania na wyjściu inwertera jako zabezpieczenie inwertera po stronie AC. Popularnym rozwiązaniem są ograniczniki przepięć klasy II, typu T2 serii SPCT2-280/4 do trójfazowego układu TN-S. Innym częstym rozwiązaniem są ograniczniki klasy I+II, typu T1+T2, model SPBT12-280/4 do układu TN-S.

Nowe zasady dofinansowania fotowoltaiki

Profesjonalną ochroną instalacji fotowoltaicznych warto zainteresować się szczególnie w kontekście faktu, że 2 września 2024 r. wystartuje program Mój Prąd w edycji 6.0, który wprowadza nowe zasady dotyczące dofinansowania dla prosumentów. Uczestnicy będą mogli otrzymać do 28 tys. zł na mikroinstalacje fotowoltaiczne, magazyny energii elektrycznej oraz magazyny ciepła. Budżet programu wynosi 400 mln zł, a finansowanie pochodzi z funduszy europejskich w ramach programu FEnIKS. Program jest kolejnym krokiem w kierunku dekarbonizacji i promowania energetyki prosumenckiej w Polsce oraz ma na celu wspieranie obywateli w korzystaniu z odnawialnych źródeł energii, co przyczyni się do obniżenia rachunków za prąd oraz rozwoju technologii w polskim sektorze energetycznym.

Wnioski o dofinansowanie będą przyjmowane do 20 grudnia 2024 roku lub do wyczerpania środków. Kluczowym wymogiem będzie montaż magazynu energii dla mikroinstalacji fotowoltaicznych zgłoszonych do przyłączenia do sieci po 1 sierpnia 2024 r. Dofinansowanie pokryje do 50 proc. kosztów kwalifikowanych inwestycji, co oznacza, że maksymalne wsparcie dla mikroinstalacji bez dodatkowych inwestycji wyniesie 6 tys. zł, natomiast dla instalacji z magazynem energii – 7 tys. zł.

Dofinansowanie obejmuje różnorodne urządzenia, w tym pokrycia dachowe z funkcją fotowoltaiczną, wiaty oraz zestawy balkonowe. Magazyny energii będą mogły uzyskać do 16 tys. zł, przy czym minimalna pojemność dla magazynu energii elektrycznej wynosi 2 kWh. Program kładzie szczególny nacisk na efektywne wykorzystanie energii w miejscu jej wytworzenia, co ma na celu odciążenie sieci elektroenergetycznej.

Ważnym aspektem nowej edycji jest obowiązkowy system net-billing, który zastąpi dotychczasowy system net-metering. Dofinansowanie będzie dostępne tylko dla prosumentów rozliczających się w nowym systemie. W pięciu wcześniejszych edycjach programu “Mój Prąd” na dofinansowanie przeznaczono łącznie 2,96 mld zł, co pozwoliło na wsparcie ponad 526 tys. prosumentów.

Ochrona fotowoltaiki to inwestycja w przyszłość

W czasach rosnącej popularności odnawialnych źródeł energii, odpowiednie zabezpieczenia przeciwprzepięciowe są kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa i niezawodności systemów. Inwestując w wysokiej jakości ograniczniki przepięć i regularne przeglądy techniczne, możesz uniknąć kosztownych awarii oraz cieszyć się stabilną i efektywną produkcją energii przez wiele lat. To krok, który zapewni spokój i długowieczność Twojej instalacji fotowoltaicznej.

Autor: Bartłomiej Jaworski

Artykuł Instalacje fotowoltaiczne wymagają profesjonalnych zabezpieczeń pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

W wyniku uszkodzeń dachu oraz zalania sklep Lidl przy ul. Wodnika 38 w Gdańsku został ewakuowany.

Podczas ulewy trójmiejskie służby odnotowały łącznie 1500 zdarzeń. Nie ma informacji o osobach poszkodowanych.

Artykuł Poburzowe zniszczenie dachu Lidla w Gdańsku pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Dzieci w wieku 7, 10 i 12 lat bawiły się na plaży podczas niesprzyjającej pogody. Udostępnione w sieci nagranie pokazuje jak wszystkie dzieci jednocześnie upadają w momencie wyładowania piorunowego.

Świadkowie zdarzenia udzielili poszkodowanym pierwszej pomocy i wezwali służby ratunkowe. Wszystkie dzieci trafiły pod opiekę lekarzy w pobliskiej miejscowości Aguadilla. Lokalne media podały, że 12-latek jest w stanie krytycznym, a 7-latek stracił czucie w stopach.

Źródło: washingtonpost.com

Artykuł Piorun uderza w grupę dzieci na plaży w Portoryko [18+] pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

W sobotę 10 lutego w mieście Bandung w Indonezji doszło do śmiertelnego porażenia podczas towarzyskiego meczu piłki nożnej amatorskich drużyn 2 FLO FC Bandung i FBI Subang. W 15. minucie meczu 35-letni zawodnik drużyny gości został trafiony piorunem i mimo prób udzielenia pomocy przez kolegów z boiska, nie udało się go uratować.

Według lokalnych mediów, bezpośrednio po wypadku mężczyzna nadal oddychał, ale wkrótce zmarł w wyniku odniesionych obrażeń. Ciało miało rozległe poparzenia, a buty ofiary uległy całkowitemu spaleniu.

Incydent został uchwycony na nagraniu wideo z trybun, na którym widać, jak odosobniony na boisku zawodnik zostaje trafiony piorunem:

Indonezyjskie media zaznaczają, że pogoda w czasie meczu nie wskazywała na ryzyko wystąpienia wyładowań atmosferycznych. Niebo było “lekko zachmurzone”, lecz bez opadów.

To już drugi taki incydent w ciągu ostatniego roku, który miał miejsce na Jawie w Indonezji. W lipcu 2023 w Bojonegoro nastoletni piłkarz został porażony piorunem podczas turnieju drużyn U-13. Chłopiec doznał zatrzymania akcji serca i zmarł już po przewiezieniu do miejscowego szpitala.

Źródło: sapanusa.id

Artykuł Piorun uderza w piłkarza podczas meczu pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Tragedia u moich sąsiadów, młodzi mieli się w czwartek wprowadzać do nowego domu. Dziś przeszła burza nad nami, piorun uderzył w instalację fotowoltaiczną na dachu… Pożar gaszą zastępy @ochotnicy Koszarawą, Przyborów, Jeleśnia, Krzyżowa. pic.twitter.com/JCcbqz0r2x

— Kroćpok Zbój ® Pracownia. Rzem. Artystycznych. (@KrocpokZboj) July 16, 2023

W momencie uderzenia pioruna nikogo nie było w domu – dopiero w tym tygodniu właściciele mieli się wprowadzić do świeżo wykończonego domu.

Według relacji sąsiadów dom nie posiadał instalacji odgromowej.

Dzięki szybkiemu wezwaniu strażaków z pobliskich OSP udało się uratować większość instalacji PV (falownik był zlokalizowany na parterze), ale to marne pocieszenie dla właścicieli, którzy zostali z zalanym domem i dziurą w dachu…

Źródło: Twitter

Artykuł Pożar nowego domu bez instalacji odgromowej po uderzeniu pioruna pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Niby małe zwęglenie, ale płytka była tak uszkodzona, że większą część trzeba było usunąć i odbudować:

Naprawa wykonana zdalnie.

Artykuł Poburzowe uszkodzenie i naprawa sterownika ERC20 pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Wyświetl ten post na Instagramie

Post udostępniony przez Fernando Braga (@fsbragaphotos)

Kilka minut później kolejne wyładowanie piorunowe trafiło znajdujący się na sąsiednim wzgórzu maszt antenowy:

Wyświetl ten post na Instagramie

Post udostępniony przez Fernando Braga (@fsbragaphotos)

Artykuł Piorun uderza w pomnik Chrystusa Odkupiciela pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.