Ograniczniki przepięć SN i WN
122
Energia związana z przepięciem piorunowym, wyrażona w kJ,
może być oszacowana z zależności [6]:
,
gdzie:
U
pl
– piorunowy poziom ochrony ogranicznika [kV],
U
f
– napięcie przeskoku izolacji linii przy ujemnej biegunowości
napięcia [kV],
Z – impedancja falowa linii [
W
],
N – liczba linii połączonych z ogranicznikiem,
T
l
– zastępczy czas trwania wyładowania piorunowego, składają-
cego się z pierwszego i kolejnych wyładowań zwrotnych – typowa
wartość to 3 · 10
–4
m
s.
W zaleceniach [3] nie przedstawiono sposobu oszacowania
energii związanej z wyładowaniem piorunowym, ale określono,
jak ustalić wartość prądu wyładowczego. Dla ogranicznika
o prądzie znamionowym wyższym od wyznaczonego, spełnione
jest również kryterium zdolności do pochłaniania energii.
W przypadku operacji łączeniowych energię wyrażoną w kJ,
związaną z jedną czynnością łączeniową, można oszacować
według zależności [6]:
,
gdzie:
U
ps
– poziom ochrony ogranicznika przy mniejszym łączeniowym
udarze prądowym [kV],
U
rp
– poziom spodziewanych przepięć łączeniowych [kV],
L – długość linii [km],
c – prędkość światła (propagacji fali elektromagnetycznej).
W przypadku specjalnych zastosowań, np. do ochrony baterii kon-
densatorów, do określania energii wydzielonej w ograniczniku,
należy posługiwać się normą [6].
Przy doborze ograniczników trzeba zwrócić uwagę na właści-
wości osłony, szczególnie gdy urządzenie ma być zainstalowane
w warunkach napowietrznych. Oprócz wymaganych wytrzymywa-
nych napięć probierczych, uzależnionych od napięcia sieci,
w której ogranicznik ma być zainstalowany, należy jeszcze zwró-
cić uwagę na strefę zabrudzeniową, w jakiej będzie pracował.
Osłona powinna zapewniać poprawne działanie w określonych dla
strefy warunkach zabrudzeniowych. Jest to istotne także dlatego, że
oprócz kwestii związanych z wytrzymałością osłony w określonych
warunkach zabrudzeniowych, przy zabrudzonej powierzchni zmienia
się rozkład napięcia wzdłuż ogranicznika, który może spowodować
powstanie wewnętrznych wyładowań niezupełnych degradujących
zarówno osłonę, jak i same warystory.
Ograniczniki przepięć są również konstrukcjami przestrzennymi,
podlegają zatem określonym obciążeniom mechanicznym, które
przenosi osłona zewnętrzna i to od jej właściwości zależą para-
metry mechaniczne urządzenia. Przy doborze (szczególnie ogra-
niczników WN) należy określić zarówno mechaniczne obciążenia
statyczne, jak i dynamiczne oraz porównać odpowiednio z war-
tościami SLL (z ang.
Specified Long-term Load
) i SSL (z ang.
Specified Short-term Load
) wybieranych ograniczników. Składowe
siły oddziałującej na ogranicznik, jakie należy uwzględnić, oraz
wymagania uzależnione od rodzaju osłony przedstawiono w [6].
Niewłaściwy dobór może mieć rozmaite skutki, np. działanie
ograniczników przy zbyt niskim napięciu trwałej pracy, w warun-
kach przepięć ziemnozwarciowych, może powodować zakłócenia
w funkcjonowaniu automatyki zabezpieczeniowej i błędną
identyfikację rodzaju zwarcia. W innym przypadku niewystarcza-
jące U
c
w warunkach utrzymywania zwarcia jednofazowego
może przyczynić się do przyspieszonej degradacji lub wręcz ter-
micznego uszkodzenia ograniczników. Zbyt duże wartości napięcia
trwałej pracy urządzeń wiążą się zwykle z pogorszeniem zapew-
nianej przez nie ochrony. Jeżeli wskutek zaabsorbowania zbyt
wielkiej energii dojdzie do przebicia warystorów (przetopienia
kanału w ceramice, pęknięcia) lub wystąpi przeskok wzdłuż ich
powierzchni, wówczas nastąpi zwarcie [1]. Gdy wytrzymałość
zwarciowa ogranicznika jest zbyt mała w stosunku do poziomu
prądów zwarcia w miejscu jego zainstalowania, może dojść do
jego mechanicznego zniszczenia. W przypadku ograniczników
w obudowie porcelanowej, skutki takiego uszkodzenia mogą prze-
nieść się na obiekty znajdujące się w sąsiedztwie. Należy podkre-
ślić, że wydzielenie się zbyt dużej ilości energii nie musi być zwią-
zane ze złym doborem parametrów ogranicznika. Przyczyną może
być również wystąpienie wyładowania o ekstremalnie dużej war-
tości prądu pioruna albo wyładowań wielokrotnych lub przepływ
znacznego prądu piorunowego długotrwałego.
Dla prawidłowej pracy ograniczników nie bez znaczenia jest ich
poprawna instalacja. Jeżeli nie zostaną np. zachowane właściwe
odległości między poszczególnymi urządzeniami czy ograniczni-
kami a elementami uziemionymi lub nie zastosuje się dodatko-
wego osprzętu zalecanego przez producenta, w wyniku zmiany
rozkładu napięcia mogą zmienić się (na ogół na niekorzyść)
ich parametry zmniejszające trwałość. Miejsce zainstalowania
ograniczników wpływa również na właściwości ochronne, gdyż
zależą one nie tylko od parametrów samych urządzeń, ale
również od długości połączeń i odległości od zabezpieczanych
obiektów.
Literatura
1. K.L. Chrzan, „Wysokonapięciowe ograniczniki przepięć”,
Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2003.
2. D. Duda, Z. Gacek, „Przepięcia w sieciach elektroenergetycznych
i ochrona przed przepięciami”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,
Gliwice 2015.
3. IEEE Std C62.22-2009 „IEEE Guide for the application of metal-
-oxide surge arresters for alternating-current systems”.
4. PN-EN 60071-1:2008 „Koordynacja izolacji. Definicje, zasady
i reguły”.
5. PN-EN 60099-4:2015 „Ograniczniki przepięć. Część 4: Bez-
iskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków metali do sieci prądu
przemiennego”.
6. PN-EN 60099-5:2014 „Ograniczniki przepięć. Część 5: Zalecenia
wyboru i stosowania”.
