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.

Dziś przedstawię Wam, jak zbudować taką stację domową. Powiem również, na co zwrócić uwagę i jakie funkcje powinna posiadać, aby pracowała niezawodnie, jak najdłużej i przede wszystkim, żeby była bezpieczna w eksploatacji.

Miejsce montażu

Jedną z pierwszych rzeczy, nad którymi powinniśmy się zastanowić, jest lokalizacja montażu stacji ładowania. Powinna ona być wybrana w taki sposób, aby wszystkie czynności związane z ładowaniem były zawsze bezpieczne. Podłączenie pojazdu powinno być możliwe bez użycia przedłużaczy lub bębnów kablowych. Stacja ładowania powinna być zatem zainstalowana w bezpośrednim sąsiedztwie miejsc parkingowych, które mają być zasilane.

Stację ładowania należy dobrać do warunków otoczenia. W miejscu jej pracy należy zapewnić odpowiednie oświetlenie. W zależności od miejsca instalacji i sposobu użytkowania, stacja ładowania powinna spełniać wymagania dotyczące czynników środowiskowych: wytrzymałości mechanicznej (ochrona przed uderzeniami, wandalizmem), odporności na warunki atmosferyczne (odpowiedni stopień ochrony, zakres temperatur pracy), promieniowanie UV, korozję, wibracje.

Zasilanie z domowej instalacji elektrycznej pozwala na zredukowanie niektórych komponentów, takich jak licznik energii czy ograniczniki przepięć (montaż stacji ładowania w LPZ 2,3).

Budowa wallboxa

Przykładowa instalacja punktu ładowania samochodów elektrycznych w bloku wspólnoty mieszkaniowej:

Sterownik ładowania

Sercem układu, czy też mózgiem stacji ładowania jest sterownik tutaj – sterownik CHARX SEC-1000. Odpowiada on za komunikację z pojazdem oraz nadzoruje proces ładowania. Opracowany zgodnie z normą IEC 61851-1 (Tryb 3, B i C) gwarantuje wysoką kompatybilność i bezpieczną pracę ze wszystkimi obecnie produkowanymi samochodami elektrycznymi.

Gniazdo i kable ładowania

Gniazda ładowania oraz kable ładowania AC oferowane przez Phoenix Contact dostępne są w wersjach jedno- i trójfazowych, dla prądów do 32A. Najszybsze ładowanie pojazdu uzyskamy poprzez sieć trójfazową, oczywiście przy prądzie 32A. Przeszkodą mogą być parametry naszej instalacji (np. za mała moc przyłączeniowa, przekrój przewodów, brak instalacji trójfazowej itp.).

Podczas ładowania pojazdu elektrycznego należy wziąć pod uwagę specjalne wymagania dotyczące procesu ładowania. Podczas ładowania pojazdu – trwającego nawet kilkanaście godzin – cały czas wykorzystywana jest bardzo duża moc elektryczna. Natomiast w przypadku, chociażby pralki, która ma również wysokie zużycie energii, trwa to tylko przez stosunkowo krótki czas (do podgrzania wody). W związku z tym instalacja pod stację ładowania, czyli odpowiednie przekroje przewodów i wyłączniki nadprądowe, powinna być dobrze przygotowana. Wyeliminuje to ryzyko przeciążenia instalacji, a w konsekwencji przegrzewania kabli i ryzyka wystąpienia pożaru

Stacja wyposażona w gniazdo (przypadek ładowania B)

Do podłączenia pojazdu EV ze stacją stosuje się przenośny kabel ładowania AC, posiadający wtyki z obu stron. Podczas ładowania wtyki blokowane są w gnieździe pojazdu i stacji.

Warto pamiętać, żeby stacja ładowania mogła awaryjnie odblokować wtyk podłączony do gniazda stacji w przypadku awarii zasilania. W przeciwnym razie spotka nas to, co spotkało prezesa Phoenix Contact Macieja Merka:

Funkcjonalność awaryjnego odblokowania wtyku może być już zaimplementowana w sterowniku ładowania (dodam, że wszystkie sterowniki CHARX już taką funkcjonalność mają) lub uzyskana dzięki specjalnym modułom odryglowania wtyku EM-EV-CLR-12V – 2903246.

Przyda się również sygnalizacja stanu stacji ładowania (gotowość, ładowanie, błąd itp.). Taką funkcjonalność zapewni nam gniazdo: EV-T2M3SO12-4P-R-BL-SET

Kabel podłączony na stałe do stacji ładowania (przypadek ładowania C)

W wersji C kabel ładowania jest na stałe podłączony do stacji ładowania. Jest to wygodniejszy sposób ładowania, ponieważ nie musimy korzystać z własnego, przenośnego kabla.

Monitorowanie prądu upływu

Ze względów bezpieczeństwa, każda instalacja elektryczna powinna być wyposażona w wyłącznik różnicowoprądowy.

Dzięki wykrywaniu minimalnych prądów upływu, powstałych na przykład wskutek drobnych uszkodzeń izolacji kabla urządzenie to odłącza niebezpieczne napięcie, chroniąc użytkownika przed poważnymi konsekwencjami zdrowotnymi, a nawet śmiercią.

Szczególne znaczenie ma to w przypadku ładowania pojazdów elektrycznych, gdzie wskutek uszkodzenia izolacji kabla może pojawić się prąd upływu AC, a z powodu uszkodzenia prostownika w pojeździe elektrycznym – składowa stała prądu.

Dlatego zgodnie z normą IEC 61851-1 w instalacji stacji ładowania pojazdów elektrycznych, należy zastosować jedno z poniższych rozwiązań:

• Wyłącznik różnicowoprądowy typu B

lub

• Wyłącznik różnicowoprądowy typu A wraz z odpowiednim sprzętem zapewniającym wyłączenie zasilania w przypadku pojawienia się prądu różnicowego DC większego od 6 mA. Takim rozwiązaniem może być zastosowanie kombinacji monitora prądu upływu, sterownika i stycznika. Monitor prądu upływu (EV-RCM-6DC-WAT – 1309697) po wykryciu minimalnego stałego prądu (6mA) wysyła sygnał alarmowy do sterownika, a ten wyłącza stycznik, przerywając proces ładowania. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie jest konieczne używanie drogiego wyłącznika różnicowoprądowego typu B.

Wszystkie sterowniki ładowania firmy Phoenix Contact zostały zaprojektowane tak, aby wspierać realizację obu tych opcji.

Pamiętajmy, że nie wszystkie wallboxy są wyposażone w wyłącznik różnicowoprądowy. A jeśli są to zwróćmy uwagę jakiego typu zabezpieczenie zastosowano. Jeśli wallbox posiada wyłącznik różnicowoprądowy typu A, to bez monitora prądu upływowego DC nie będziemy prawidłowo chronieni!

Pozostałe komponenty do budowy stacji ładowania

• Zasilacz 12 V, np. STEP3-PS/1AC/12DC/2.5/PT – służy do zasilania sterownika ładowania.
• Ochrona przed przepięciami – jeśli wallbox zasilany jest z domowej instalacji elektrycznej, w której znajduje się ogranicznik przepięć min. typ 2, a odległość „po kablu” jest mniejsza niż 10m – to naszej stacji nie ma potrzeby doposażać w dodatkowy ogranicznik przepięć. W przeciwnym przypadku należy zainstalować ogranicznik typu 2.
• Wyłącznik nadprądowy – typ w zależności od układu sieci i prądu obciążenia.
• Stycznik – typ w zależności od układu sieci i prądu obciążenia. Powinien być zgodny z normą IEC 60947-4-1, kategoria AC-1. Podczas normalnej pracy nigdy nie jest otwierany pod obciążeniem. W sytuacjach awaryjnych, np. utrata sygnału CP, norma IEC 61851-1 pozwala na jego otwarcie. Aby zwiększyć bezpieczeństwo można monitorować zestyki NO pod kątem ich zespawania.
• Dochodzą jeszcze złączki szynowe, dzięki którym realizujemy główne przyłącze zasilania oraz wszelkie połączenia wewnętrzne (jak np. rozprowadzenie zasilania urządzeń niskonapięciowych).

Dokładne schematy połączeń i konfiguracji można znaleźć w instrukcji obsługi sterownika do ładowania.

Więcej o kompletnym wyposażeniu stacji ładowania pojazdów elektrycznych dowiesz się na stronie www: Podzespoły do stacji ładowania dla elektromobilności | Phoenix Contact

Autor: Rafał Sypniewski
Menadżer Segmentu Rynku E-mobility, Phoenix Contact
email: rsypniewski@phoenixcontact.pl
www.phoenixcontact.pl

Artykuł Domowa stacja ładowania – budowa, komponenty i bezpieczne użytkowanie w praktyce pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Nowa seria VAL-SPP Safe Protection Plus spełnia wszystkie podwyższone wymagania, które wchodzą w życie od 2025 roku, z trzyletnim okresem przejściowym. Z tego względu w długoterminowych projektach wprowadzenie nowych modeli warto zaplanować już teraz. Dodatkowo zachętą powinny być same cechy nowych modeli zapewniające długotrwałe działanie oraz wysokie bezpieczeństwo.

Nowe modele VAL-SPP Safe Protection Plus to:

• Zgodnie z IEC 61643-11:2024:
  • wzmocniona izolacja, zapewnia wyższe bezpieczeństwo użytkownika i aplikacji,
  • zwiększona wytrzymałość na prądy zwarciowe,
  • większe odstępy izolacyjne, odległości pełzania pomiędzy obwodami.
    
• Jeżeli w instalacji wcześniej nie ma zabezpieczenia większego niż 315 A, nie ma potrzeby stosowania dodatkowego bezpiecznika, pozwala to na oszczędność miejsca i ekonomiczną instalację.
  
• Ochrona przed niedostatecznym wetknięciem przewodów.
  
• Szeroki zakres temperatur pracy -40 °C … 85 °C.
  
• VAL-SPP obejmuje aplikacje AC i DC dedykowane do aplikacji fotowoltaicznych o różnych napięciach znamionowych. Ofertę uzupełniają warianty do sieci o dużych wahaniach napięcia.

Prosta i bezpieczna instalacja

Budowa serii VAL-SPP charakteryzuje dobrą ochroną przeciwporażeniową i chroni przed niedostatecznym wetknięciem przewodów. Posiada zredukowany moment dokręcenia zacisków wynoszący 3 Nm, również dla przewodów o przekroju 25 mm² i większym co pozwala na zauważalnie łatwiejszy montaż.

Niezawodna ochrona systemu

Nowa seria oferuje dużą wytrzymałość dla niezawodnej ochrony. Wzmocniona izolacja zapewnia dodatkowe bezpieczeństwo użytkownika i systemu. Szybkie odłączenie gwarantuje wysoki poziom niezawodności.

Szeroki zakres zastosowań

Modele VAL-SPP obejmują aplikacje AC oraz DC dedykowane do aplikacji fotowoltaicznych. Solidna konstrukcja umożliwia instalację w trudnych warunkach, zakres temperatur pracy to aż -40 °C … 85 °C, montaż na wysokości do 5000 metrów. Brak potrzeby stosowania bezpiecznika do 315 A pozwala na oszczędność miejsca i ekonomiczną instalację.

Przydatne linki:

1. Folder z zestawieniem modeli AC i DC do aplikacji fotowoltaicznych
2. Nowy standard ochrony przed przepięciami

Autor: Radosław Gruszka – Menadżer Produktu, Phoenix Contact
email: rgruszka@phoenixcontact.pl
gsm: +48 532 95 03 39
www.phoenixcontact.pl

Artykuł Ograniczniki przepięć typu 2 zgodne z nowymi wymaganiami IEC 61643-11:2024 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.

Artykuł Ochrona przeciw-przepiciowa w rozdzielnicy pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Najpierw jednak trzeba zadać nieco ważniejsze pytanie: czy aby na pewno z licznika wychodzi przewód PEN? W wielu miejscach w Polsce mamy do czynienia z siecią TT, a w takowej nie ma przewodu PEN, tylko N, który w żadnym razie nie może pełnić funkcji ochronnej, gdyż na nim jest – lub w każdej chwili może być – napięcie (mierząc między N a ziemią – np. poprzez rurę wodociągową) niebezpieczne, więc łączenie go z metalową obudową urządzenia (np. pralka lub lodówka) nie jest najlepszym pomysłem.

Wyspa TT w układzie TN-C

Jeszcze większą pułapką, może się okazać wyspa TT. Przykładowo elektryk udaje się do pobliskiego transformatora aby sprawdzić czy jest podany układ, albo do innego istniejącego od jakiegoś czasu budynku, aby spytać mieszkańców o układ sieci. Może się okazać, że na transformatorze napisane jest TN-C, a sąsiad mówi, iż ma TN-C (TN-C-S po podziale PEN), jednak w warunkach przyłączeniowych ZE jest podane TT, co może wprowadzić w zakłopotanie osoby nieposiadające dostatecznej wiedzy (a jakość edukacji w polskich szkołach obecnie jest poniżej krytyki i bardzo się przyczynia nie tyle do niewiedzy, co wręcz do wprowadzania w błąd i do powtarzania mitów lub – jak kto woli – bajek wymyślonych i powtarzanych po milion razy w internecie).

Wyspa TT w normalnej sytuacji jest spowodowana tym, że przewód PEN w sieci (należącej do ZE) nie ma dostatecznie niskiej impedancji i/lub jest słabo uziemiony lub wcale. To powoduje możliwość na tyle dużego spadku napięcia, że to napięcie odkłada się na przewodzie PEN/N, wobec czego napięcie zmierzone między nim a ziemią w każdej chwili może być wyższe niż napięcie dopuszczalne długotrwale (dawniej “napięcie bezpieczne”), więc naturalnie przestaje pełnić funkcję ochronną. To doskonale tłumaczy czemu ZE może nakazać wykonanie układu TT, mimo iż transformator (część wtórna) pracuje w układzie TN-C.

Zdarzają się sytuacje, iż ZE podaje w dokumentacji układ TN-C, więc należy wykonać instalację w układzie TN-C-S, a mimo tego elektromonter wykonuje instalację jako wyspę TT i na pytanie, jaki wykonał układ sieci, odpowiada że TN-S… Jak można się łatwo domyślić, wynika to z braku podstawowej wiedzy, w tym dotyczącej układów sieci. Układ TT w większości wypadków, nie jest rzeczą pożądaną, tylko koniecznością w niektórych rejonach, z braku możliwości technicznych czy nawet ekonomicznych. Na szczęście taki błąd montera jest stosunkowo bardzo łatwo naprawić, gdyż wystarczy połączyć PE instalacji z PEN sieci.

Raz w jednym wypadku spotkałem się z sytuacją, iż monter doprowadził PE obwodów do szyny w rozdzielnicy, ale szyna nie była dalej z niczym połączona – inwestor z niewiedzy poprosił o wykonanie uziemienia, które zostało wykonane oraz ww. listwa została połączona z listwą PEN obok – która uprzednio pełniła jedynie funkcję N. Na szczęście poprzednika, nikogo prąd nie zdążył uszkodzić – w przeciwnym razie instalację oceniałby prokurator oraz biegły, a nie ja.

Dość często zdarza się też, że od samego transformatora układ sieci to TT, a monter wykonuje instalację w układzie TN-C-S lub co gorsza jako TN-C. Nietrudno się domyślić, że w takim przypadku bardzo często będzie dochodzić do porażeń prądem, np. podczas prania, gdy ktoś dotknie obudowy pralki lub innego urządzenia wykonanego w pierwszej klasie ochronności (metalowa obudowa połączona z PE instalacji np. poprzez styk ochronny w gniazdku).

Pomijając powyższe przypadki, wśród osób znających układy sieci i nie popełniających powyższych błędów, pojawia się bardzo szkodliwy mit, wielokrotnie powtarzany w internecie. Jak podobno mawiał pewien polityk: kłamstwo powtórzone milion razy staje się prawdą. Wynika to z błędnej interpretacji normy PN 60364-5-54 dotyczącej przewodu PEN, który to fragment brzmi następująco:

Przewód PEN powinien mieć przekrój nie mniejszy niż 10 mm² dla żył miedzianych 16 mm² dla żył aluminiowych.

Wynika z niego jasno iż przewód PEN powinien mieć przekrój minimum tyle co powyżej. Jednak ktoś zinterpretował to, jako że przewód o mniejszym przekroju nie jest przewodem PEN – definitywnie ten zapis tak nie twierdzi – o ile przeczyta się go uważnie i ze zrozumieniem. Gdyby autor normy miał zamiar dokonać takiego przekazu, to definitywnie napisałby tak wprost w osobnym akapicie.

W takim razie przewód PEN w starej instalacji mający przekrój np. 6 mm² Cu wciąż jest przewodem PEN, tyle że nie spełniający obecnej normy i albo został położony zanim norma została wprowadzona (prawo nie działa wstecz), albo ktoś to dokonał nielegalnie – czy to celowo, czy to z niewiedzy.

W przypadku, gdy ktoś, wskutek tej błędnej interpretacji, nie dokona podziału PEN, czyli do gniazd i urządzeń odbiorczych, poprowadzi przewód PEN (zamiast PE i N) o jeszcze mniejszym przekroju, to przewód PEN najpewniej ulegnie przepaleniu pomiędzy rozdzielnicą o gniazdkiem lub odbiornikiem podłączonym bezpośrednio. W innych moich artykułach wyjaśniałem na jakiej zasadzie przerwa przewodu PEN (np. na wskutek przepalenia) powoduje zagrożenie porażenia prądem, oraz podawałem fragment rozporządzenia który ma wręcz większą moc prawną niż norma. Mianowicie:

Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – § 183. punkt 1, podpunkt 2:

W instalacjach elektrycznych należy stosować (…) oddzielny przewód ochronny i neutralny, w obwodach rozdzielczych i odbiorczych.

Wiemy już, że podział PEN należy wykonać zawsze, za wyjątkiem, gdy go po prostu nie ma, bo sieć nie pracuje w układzie TN-C (TN-C-S), tylko w jakimkolwiek innym. Przejdźmy więc do odpowiedzi na pytanie: jak podział PEN wykonać prawidłowo, aby był trwały i bezpieczny.

Prawidłowy podział przewodu PEN

Najważniejsza zasada brzmi: najpierw chronimy, następnie zasilamy. Dotyczy to również przewodu PEN. Mianowicie, prąd płynący przez odbiorniki, a w tym przez N, nie może uszkodzić punktu podziału na tyle aby doszło do przerwy PE. Osiąga się to w bardzo prosty sposób, nawet za pomocą jednej szyny śrubowej, a czasem to i złączki – przy częściowej modernizacji instalacji wykonuje się podział za główną rozdzielnicą (patrz: powyższe wyjaśnienie dot. interpretacji normy).

W przypadku jednej szyny/zuga/etc. PEN z sieci doprowadza się mniej więcej na jej środek, przewody PE odprowadza się z jednej strony, a N analogicznie z drugiej.

W przypadku braku miejsca na przewody wykorzystuje się osobną szynę, którą używa się jako N, ale nie jako PE, gdyż każde łączenie stwarza mniejsze lub większe ryzyko przerwy, a zgodnie z ww. zasadą PE ma być najbardziej trwałe.

Obecnie obowiązkowe są ograniczniki przepięć, skrótowo nazywane SPD (surge protecting device). Spora część z nich posiada wyprowadzone dwa (czasami więcej) złącza PE, które z jednej strony ułatwiają prowadzenie przewodów i połączeń w rozdzielnicy, a z drugiej strony poprawiają praktyczne ograniczanie przepięć ze względu na impedancję przewodów, która normalnie jest znikoma, jednak podczas krótkiego, lecz znacznego przepięcia, można się spodziewać nawet 1kV (1000V) na jeden metr przewodu. Według norm, przewody idące do ogranicznika powinny być jak najkrótsze oraz nie dłuższe niż 50cm.

Podłączenie SPD w układzie V, czyli doprowadzenie i odprowadzenie powoduje, że spadek napięcia podczas jego zadziałania jest wręcz pomijalny. Powracając do dwóch lub więcej złącz PE w obudowie/podstawie ogranicznika, z jednej strony można do niego bezpośrednio doprowadzić PEN z sieci i wyprowadzić na szynę z punktem podziału, lub z drugiej strony doprowadzić tam uziemienie z uziomu i następnie wprowadzić na tą samą szynę. W przeciwnym razie, ogranicznik będzie podłączony osobnym przewodem między szyną a jego złączem PE. Można też wykorzystać to dodatkowe złącze do podłączenia obudowy rozdzielnicy wykonanej w 1 klasie ochronności.

Inny, nieco powiązany z tematem błąd, wynikający z niewiedzy, to ogranicznik cztero- lub dwupolowy, gdzie jedno z pól rzekomo zabezpiecza N zaraz za punktem podziału. Zabezpieczanie N ma jedynie sens, gdy punkt podziału jest odległy, a nie gdy jest wykonany tuż obok, np. w odległości 10cm… W takim przypadku zdecydowanie lepiej zainwestować w lepszy ogranicznik z o jednym polem mniej.

Inny, bardzo niebezpieczny błąd, polega na znacznym zmniejszeniu przekroju przewodu pomiędzy punktem podziału a ogranicznikiem. SPD podczas przepięcia to nie żarówka, lecz niemalże zwora, która bierze na siebie znaczny prąd wyładowczy, czasami nawet przekraczający 100kA w szczycie. Ten krótki ułamek sekundy wystarczy żeby przewód 2.5mm² nie tyle się stopił, co wręcz nawet dosłownie wyparował, gdyż temperatura będzie aż tak duża. Bardziej zainteresowane osoby odsyłam do poszukiwania tematów związanych z całką Joula. W dużym skrócie: temperatura jest zależna od czasu przepływu prądu oraz kwadratu natężenia prądu.

Według norm, minimalny przekrój PE dla ogranicznika T2 to zaledwie 6mm². W praktyce nie zawsze jest to wystarczające i daje się 10 lub 16mm². Zwłaszcza że zwykle nie jest to długi odcinek przewodu. W przypadku T1 oraz norm, nie ma możliwości, aby zastosować mniej niż 16mm². Podobnie sprawa wygląda w przypadku przewodów fazowych do SPD. Przy T2 nie powinno być mniej niż 4-6mm², a przy T1 – 10-16mm².

Artykuł Podział przewodu PEN na PE i N. Jak go wykonać prawidłowo? pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.