Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem?

Środowiska elektryków od lat rozpala dyskusja w temacie miejsca montażu SPD. Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem? Gdzie powinien być zamontowany?

Pytanie

Przeczytałem właśnie Pański artykuł odnośnie ochronników przepięć – jest świetny, wiele wyjaśnia 😊 Ale brakuje mi jednej rzeczy z którą zawsze mamy problem i widzę, że firmy różnie to realizują. Chodzi o to czy ochronnik powinien być wpięty od strony zasilania przed wyłącznikiem głównym czy za wyłącznikiem głównym. Mam na myśli szafy automatyki.

Czy wie Pan coś na ten temat? Może Pan coś doradzić?

Pozdrawiam,

Adrian

Odpowiedź

Odpowiedź jest prosta, należy wykonać zgodnie z projektem, który sporządziła osoba mająca odpowiednią wiedzę, uprawnienia i doświadczenie. I tu pojawia się kłopot, ponieważ nie znam jednoznacznych wytycznych jak należy wykonywać połączenia o które Pan pyta. Zanim udzielę odpowiedzi (która była merytorycznie konsultowana z dr inż. Jarosław Wiater) zapoznajmy się z uzasadnieniem dotyczącym prawidłowego montażu ogranicznika przepięć w stosunku do rozłącznika.

Spis treści

• Czym różni się wyłącznik od rozłącznika?
• Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem?
  • Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie załączonym
  • Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie załączonym
  • Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie załączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową
  • Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie załączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową
  • Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie wyłączonym
  • Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie wyłączonym
  • Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie wyłączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową
  • Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie wyłączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową
• Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem? Podsumowanie
• Czy każdy rozłącznik może być zamontowany przed ogranicznikiem przepięć?
  • Rozłączniki modułowe Hager
  • Rozłączniki modułowe Siemens
• Czy w każdej rozdzielnicy można zamontować ogranicznik przepięć?
• Gdzie zamontować ogranicznik przepięć?

Zacznijmy od uporządkowania nazewnictwa i ustalenia jaka jest różnica pomiędzy wyłącznikiem a rozłącznikiem?

Czym różni się wyłącznik od rozłącznika?

W codziennej pracy często używamy nazewnictwa, które nie jest poprawne. Większość rozmówców wie o co chodzi i najczęściej nie przywiązują wagi do detali (oj, drobne przejęzyczenie – czepia się), które w przypadku awarii mogą decydować o bezpieczeństwie. Jednak warto zadać pytanie dlaczego producenci oferują: łączniki, rozłączniki, wyłączniki, przełączniki, odłączniki? Jaka jest między nimi różnica i kiedy należy ich użyć? W tym artykule nie będę kontynuował tego wątku, ale w skrócie opiszę różnice pomiędzy wyłącznikiem i rozłącznikiem modułowym (elementami, które wizualnie są podobne).

Wyłącznik modułowy	Rozłącznik modułowy
Wyłączniki są przeznaczone do manewrowego (świadomego z udziałem człowieka) i samoczynnego (automatycznie bez udziału człowieka za pośrednictwem wyzwalaczy i/lub przekaźników) załączania i wyłączania prądów roboczych i zwarciowych.	Rozłączniki są przeznaczone do załączania, przewodzenia i wyłączania prądów w normalnych warunkach pracy, które mogą uwzględniać określone warunki przeciążenia, jak również zdolny do przewodzenia w ciągu określonego czasu prądów powstałych w określonych nienormalnych warunkach pracy obwodu, np. podczas zwarcia. Rozłączniki modułowe w swojej konstrukcji nie posiadają wyzwalaczy ani przekaźników nie mogą więc samoczynnie dokonać wyłączenia obwodu (wymagają obsługi człowieka lub zdalnego napędu).

Rozmawiając o rozdzielnicy mieszkaniowej lub szafach automatyki z aparaturą modułową mówimy o montażu ogranicznika przepięć przed lub za rozłącznikiem (w budownictwie mieszkaniowym nie stosuje się rozłączników z wymienną wkładką topikową tylko aparaturę modułową). W takiej rozdzielnicy wyłącznikami są: wyłącznik różnicowoprądowy, wyłącznik nadprądowy, wyłącznik różnicowo-nadprądowy. W układach automatyki rozwiązania z wkładkami topikowymi są stosowane co w wielu przypadkach ułatwia zapewnienie selektywności zwarciowej i przeciążeniowej. Stosowanie wkładek topikowych jako elementów poprzedzających ograniczniki przepięć jest zalecane ponieważ odpowiednio dobrane wkładki topikowe mają tą przewagę, że w przypadku szczególnie dużych udarów przepalają się, natomiast wyłącznik nadprądowy może ulec fizycznemu zniszczeniu (może się rozpaść). Wracając do postawionego w tytule pytania:

Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem?

W załączniku do Polskiej Normy nr: PN-HD 60364-5-534:2016-04 – wersja polska Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część 5-534: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego — Odłączanie izolacyjne, łączenie i sterowanie — Urządzenia do ochrony przed przejściowymi przepięciami, znajduje się bardzo ogólny schemat wykonania takiego połączenia (patrz poniższy rysunek), który niestety nie daje jednoznacznej odpowiedzi w kontekście omawianego pytania.

Skoro Polskie Normy nie dają jednoznacznej odpowiedzi zobaczmy z jakimi zagrożeniami musimy się liczyć jeśli ogranicznik przepięć będzie prawidłowo podłączony? Zagadnienie opisane w artykule: Jak dobrać i zamontować ogranicznik przepięć? Poradnik – Zasilanie w rozdziale: Najczęściej popełniane błędy podczas doboru i montażu ograniczników przepięć. Zwróćmy szczególną uwagę na przedstawiony poniżej prawidłowy sposób podłączenia ogranicznika przepięć do szyny wyrównania potencjałów.

Jak widać przewód PE lub PEN powinien być połączony do szyny wyrównania potencjałów bezpośrednio i przez ogranicznik przepięć dzięki czemu instalacja za ogranicznikiem przepięć ma zapewnioną ochronę (do poziomu U_p ochrony ogranicznika przepięć). Niestety wielu instalatorów podłącza ogranicznik przepięć błędnie, przez co ochrona przeciwprzepięciowa jest nieskuteczna. 

Wróćmy do postawionego w tytule pytania: ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem? Przeanalizujmy różne możliwości i zobaczmy jak zachowa się układ jeśli wystąpi przepięcie i (patrząc od strony zasilania) ogranicznik przepięć będzie zamontowany przed lub za rozłącznikiem?

W dalszej analizie rozpatrzymy najgorszy możliwy wariant, w którym do budynku dociera przepięcie powstałe na wskutek uderzenia pioruna w instalację odgromową budynku lub w napowietrzną linię zasilającą budynek (impuls przepięcia o kształcie 10/350 μs).

Omawiamy tylko dwa układy połączeń (ogranicznik przepięć przed lub za rozłącznikiem), ale do przeanalizowania mamy aż osiem sytuacji i z wydaniem opinii gdzie należy montować ogranicznik przepięć wstrzymajmy się do czasu rozpatrzenia wszystkich omówionych poniżej sytuacji. Na przedstawionych w dalszej części artykułu rysunkach przedstawiłem uproszczone układy połączeń w których ogranicznik przepięć poprzedzony jest złączem pomiarowym z zabezpieczeniem przed i zalicznikowym w postaci wyłączników nadprądowych. Dlaczego piszę, że należy zabezpieczać ogranicznik przepięć wkładką topikową a na rysunkach zamieszczam wyłączniki nadprądowe? Ponieważ nie mamy wpływu na wymogi dostawców energii, którzy ze względu na łatwość serwisowania (ponownego załączenia) w większości przypadków w złączach licznikowych budownictwa mieszkaniowego nakazują montować zabezpieczenia w postaci modułowych wyłączników nadprądowych. Przejdźmy do analizy, pierwszego układu połączeń, którym będzie:

Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie załączonym

Jeśli przepięcie przyjdzie od strony sieci zasilającej i (patrząc od strony zasilania) jako pierwszy będzie ogranicznik przepięć a dopiero potem rozłącznik w stanie załączonym (ON) to ogranicznik przepięć zadziała, udar zostanie bezpiecznie sprowadzony do sytemu uziemienia i rozproszony w ziemi. W tym przypadku ochrona przeciwprzepięciowa będzie skuteczna.

Zobaczmy jak będzie wyglądała sytuacja jeśli zrobimy odwrotny układ połączeń, w którym pierwszym aparatem będzie rozłącznik.

Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie załączonym

Jeśli przepięcie przyjdzie od strony sieci zasilającej i (patrząc od strony zasilania) jako pierwszy będzie rozłącznik w stanie załączonym (ON) a dopiero potem ogranicznik przepięć, to przepięcie najpierw przepłynie przez rozłącznik, który powinien wytrzymać udar napięciowy o wartości minimum 6 000 V, czyli 6 kV (wrócę do tego zagadnienia w dalszej części artykułu), a następnie udar dotrze do ogranicznika przepięć, który zadziała i ograniczy przepięcie do poziomu ochrony ogranicznika przepięć (parametr oznaczony symbolem U_p). W rozpatrywanym przypadku ochrona przeciwprzepięciowa będzie skuteczna i zaleca się, aby ogranicznik przepięć był poprzedzony zabezpieczeniem w postaci wkładki topikowej (zagadnienie opisane w rozdziale: Dobór ograniczników przepięć – dobezpieczenie oraz, Czy dobezpieczać ogranicznik przepięć?).

Przejdźmy do większych wyzwań (dla skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej) i przeanalizujmy teraz sytuację, w której przepięcie powstaje na wskutek wyładowania atmosferycznego w zewnętrzną instalację odgromową.

Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie załączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową

W przypadku, gdy wyładowanie atmosferyczne (piorun) uderzy w zewnętrzną instalacje odgromową znajdującą się na budynku i (patrząc od strony zasilania) jako pierwszy będzie ogranicznik przepięć a dopiero potem rozłącznik w stanie załączonym (ON), to część prądu piorunowego poprzez system uziemienia zostanie rozproszona w ziemi, a część poprzez szynę wyrównania potencjałów wniknie do budynku (działanie celowe opisane w artykule: Dlaczego piorun wprowadza się celowo do szyny wyrównania potencjałów?) gdzie zadziała ogranicznik przepięć i obniży przepięcie do wartości U_p ochrony ogranicznika przepięć. Analizując ten przypadek nie można zapominać o przepięciu, które wyindukuje się w przewodach i kablach rozprowadzonej po budynku instalacji elektrycznej. Przepięcie to dotrze do rozdzielnicy, gdzie zostanie ograniczone przez ogranicznik przepięć, ale należy pamiętać, że przepięcie rozpłynie się przewodami i kablami w obie strony, więc dotrze do podłączonych do nich urządzeń gdzie również powinno trafić na odpowiednio dobrane i prawidłowo zainstalowane ograniczniki przepięć.

Zobaczmy czy, i jak zmieni się sytuacja jeśli ogranicznik przepięć zostanie zamontowany za rozłącznikiem?

Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie załączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową

Sytuacja podobna do wyżej opisanej, z tą różnicą, że patrząc od strony zasilania najpierw jest zamontowany rozłącznik w stanie załączonym (ON) a dopiero potem ogranicznik przepięć. W tym wypadku mamy sytuację analogiczną z wyżej opisaną. Przepięcie dociera do ogranicznika przepięć z dwóch kierunków (od strony szyny wyrównania potencjałów, oraz wyindukowane w przewodach instalacji elektrycznej), po czym jest ograniczane do poziomu U_p ochrony ogranicznika przepięć.

Przeanalizowaliśmy cztery sytuacje w dwóch układach połączeń i mogłoby się wydawać, że w każdym przypadku ochrona przeciwprzepięciowa jest zapewniona (co poniekąd uzasadniałoby trwające od lat dyskusje gdzie powinien być zamontowany ogranicznik przepięć), ale nie możemy na tym zakończyć naszej analizy. Musimy jeszcze raz przeanalizować omówione wyżej sytuacje, ale zmienimy stan rozłącznika z załączonego (ON) na wyłączony (OFF).

Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie wyłączonym

W przypadku, gdy przepięcie przyjdzie od strony sieci zasilającej i (patrząc od strony zasilania) jako pierwszy będzie ogranicznik przepięć a dopiero potem rozłącznik w stanie wyłączonym (OFF) to ogranicznik przepięć zadziała i skuteczne ograniczy przepięcie (przypominam o konieczności poprzedzenia ogranicznika przepięć odpowiednim zabezpieczeniem najlepiej wkładką topikową).

W kolejnym analizowanym układzie pierwszy jest rozłącznik.

Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie wyłączonym

W tym przypadku przepięcie, które dotrze do instalacji od strony zasilania trafi na rozłącznik w stanie wyłączonym (OFF), który powinien zapewnić bezpieczną przerwę w obwodzie. Rozłącznik powinien być tak dobrany, aby wytrzymał napięcie udarowe o wartości do 6 kV (6 000 V). W tym układzie ogranicznik przepięć nie zadziała, ale jest podłączony do instalacji elektrycznej. Pozostaje w gotowości, aby zadziałać gdyby w instalacji pojawiło się przepięcie o wartości, która spowoduje zadziałanie ogranicznika.

We wszystkich omówionych powyżej układach połączeń ochrona przeciwprzepięciowa była skuteczna (niezależnie czy ogranicznik był zamontowany za, czy przed rozłącznikiem), ale zostały nam do omówienia jeszcze dwie sytuacje w których rozłącznik jest wyłączony a źródłem przepięć jest wyładowanie atmosferyczne.

Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem w stanie wyłączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową

Przeanalizujmy dokładnie przedstawiony na poniższym rysunku układ połączeń. Jest on kluczowy, aby udzielić odpowiedzi na pytanie gdzie powinien być zamontowany ogranicznik przepięć? W rozpatrywanej sytuacji wyładowanie atmosferyczne (piorun) uderza w zewnętrzną instalacje odgromową i na rozpatrywanym budynku (patrząc od strony zasilania) jako pierwszy jest zamontowany ogranicznik przepięć a dopiero potem rozłącznik w stanie wyłączonym (OFF). W tym wypadku ogranicznik przepięć zadziała i ograniczy przepięcie, które przedostanie się do budynku za pośrednictwem szyny wyrównania potencjałów do poziomu U_p ochrony napięciowej, ale w przewodach znajdujących się w budynku wyindukuje się przepięcie a urządzenia podłączone do instalacji elektrycznej pozostają bez ochrony przeciwprzepięciowej. Dzieje się tak, ponieważ ogranicznik przepięć jest odłączony od instalacji elektrycznej.

Został nam do omówienia ostatni układ połączeń. Jak dotąd w jednym przypadku zaistniała sytuacja w której instalacja elektryczna pozostała bez ochrony przeciwprzepięciowej. W ostatnim układzie będzie:

Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem w stanie wyłączonym – uderzenie pioruna w instalację odgromową

W tym układzie połączeń, patrząc od strony zasilania najpierw zainstalowany jest rozłącznik w stanie wyłączonym (OFF) a dopiero potem ogranicznik przepięć. Wyładowanie atmosferyczne w zewnętrzną instalacje odgromową jest częściowo odprowadzane i rozpraszane w ziemi, ale część prądu pioruna przedostaje się poprzez szynę wyrównana potencjałów do instalacji elektrycznej gdzie trafia na ogranicznik przepięć i jest ograniczane do poziomu ochrony U_p ogranicznika przepięć. Podobnie z przepięciem, które wyindukuje się w przewodach instalacji elektrycznej. Dociera ono do rozdzielnicy, gdzie jest ograniczane do poziomu U_p ogranicznika przepięć.

Pytanie wydawało się banalnie proste. Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem? W poszukiwaniu odpowiedzi przeanalizowaliśmy osiem sytuacji jakie mogą wystąpić przy dwóch układach połączeń. Zbierzmy opisane w artykule zagadnienia w krótkie podsumowanie.

Ogranicznik przepięć przed czy za rozłącznikiem? Podsumowanie

Przeanalizuj poniższą tabelę, w której podsumowałem skuteczność ochrony przeciwprzepięciowej jaką zrobiliśmy analizując osiem przypadków, które mogą wystąpić w dwóch układach połączeń ogranicznika przepięć w stosunku do rozłącznika. Zwróć uwagę, że w jednym przypadku instalacja elektryczna pozostawała bez ochrony przeciwprzepięciowej a ponieważ taka sytuacja może wystąpić więc wyklucza możliwość stosowania tego układu połączeń.

	Stan rozłącznika	Ogranicznik przepięć przed rozłącznikiem	Ogranicznik przepięć za rozłącznikiem
Przepięcie dociera od strony linii zasilającej	ON
	OFF
Przepięcie powstaje na wskutek uderzenia pioruna w instalację odgromową	ON
	OFF

Odpowiedź na zadane w tytule pytanie brzmi: ogranicznik przepięć należy montować za odpowiednio dobranym rozłącznikiem.

Obiecałem wrócić do zagadnienia związanego z doborem rozłączników modułowych. Zastanówmy się

Czy każdy rozłącznik może być zamontowany przed ogranicznikiem przepięć?

Skoro mamy już omówione możliwe układy połączeń i występujące zagrożenia (wiemy, że ogranicznik przepięć należy montować za rozłącznikiem), to doszliśmy do pytania o jakich przepięciach i o jakich ogranicznikach przepięć rozmawiamy? Czy, spodziewamy się udarów piorunowych i dobieramy ograniczniki Typu 1, Typu 1, 2 lub Typ kombinowany? Czy rozmawiamy tylko o przepięciach łączeniowych i ogranicznikach przepięć Typu 2?

Dlaczego zadaję te pytania? Przeanalizuj poniższy rysunek, zwróć uwagę, że w zależności od przyjętej kategorii przepięć do rozłącznika może dojść maksymalne napięcie o wartości 6 lub 4 kV.

Na przykładzie dwóch producentów: Hager i Siemens sprawdźmy jakie maksymalne napięcie udarowe U_imp wytrzymują rozłączniki modułowe?

Rozłączniki modułowe Hager

Zobacz poniższy wycinek katalogu:

Producent podaje, że niektóre rozłączniki modułowe mają maksymalne napięcie udarowe U_imp o wartości 3 000 V (nie wolno ich montować przed ogranicznikami przepięć Typu 1, Typu 1, 2 lub Typu kombinowanego, ponieważ w IV kategorii przepięć spodziewamy się maksymalnego napięcia o wartości 6 000 V, natomiast w III kategorii przepięć spodziewamy się maksymalnego napięcia o wartości 4 000 V). Rozłączniki modułowe które mają maksymalne napięcie udarowe U_imp o wartości 6 000 V można montować przed ogranicznikami przepięć Typu 1, Typu 1, 2 lub Typu kombinowanego.

Rozłącznik modułowy 32A 3P SBN332 – rozmiar 1	Rozłącznik modułowy 40A 3P SBN340 – rozmiar 2
Uimp 3 000 V	Uimp 6 000 V

Zobaczmy jak sytuacja wygląda w rozłącznikach modułowych Siemensa?

Rozłączniki modułowe Siemens

Przeanalizujmy poniższe wycinki katalogu Siemens dotyczące rozłączników modułowych:

Tu również znajdujemy informacje z których wynika, że niektóre rozłączniki mają maksymalne napięcie udarowe U_imp 5 kV (5 000 V) a inne 6 kV (6 000 V). Rozłączniki o napięciu udarowym U_imp 5 kV, można montować w III kategorii przepięć jako poprzedzające ogranicznik przepięć Typu 2, gdzie spodziewamy się maksymalnego napięcia o wartości 4 kV. Natomiast rozłączniki, które mają maksymalne napięcie udarowe U_imp 6 kV, można montować przed ogranicznikami przepięć Typu 1, Typu 1, 2 lub Typu kombinowanego, czyli w IV kategorii przepięć, gdzie spodziewamy się maksymalnego napięcia o wartości 6 kV.

Rozłącznik modułowy 63A 3P 400V możliwy wyzwalacz 5TE2513-0	Rozłącznik modułowy 63A 3P 440V 5TL1363-0
Uimp 5 000 V	Uimp 6 000 V

Jak widać na przedstawionych przykładach producenci w danych katalogowych podają wszelkie niezbędne informacje, ale niestety instalatorzy elektrycy w zdecydowanej większości nie zwracają na to uwagi. Na kilku przykładach sprawdziliśmy jaką zdolność na wytrzymywanie napięć udarowych U_imp mają rozłączniki modułowe. Warto wspomnieć, że producenci mają różne serie swoich wyrobów, które często różnią się parametrami. Przed zakupem i montażem należy każdorazowo sprawdzać jakie parametry ma dany produkt? Wspomnę, że właściwy dobór rozłączników nie jest jedynym pomijanym lub lekceważonym zagadnieniem powiązanym z ogranicznikami przepięć. Równie ważnym i również często pomijanym zagadnieniem jest właściwy dobór rozdzielnicy do zamontowanego w niej ogranicznika przepięć.

Czy w każdej rozdzielnicy można zamontować ogranicznik przepięć?

Należy pamiętać, że nie w każdej rozdzielnicy można montować ograniczniki przepięć Typu 1, Typu 1, 2 lub kombinowane. Zagadnienie to szerzej opisałem w przywołanym wyżej poradniku w rozdziale: Dobór rozdzielnicy do montażu ograniczników Typu 1 i typu kombinowanego. Poniżej zamieściłem przykład dwóch rozdzielnic wraz z informacjami jakie producenci zamieszczają w danych katalogowych.​

Rozdzielnica do III kategorii przepięć (możliwy montaż ogranicznika przepięć Typu 2).	Rozdzielnica do IV kategorii przepięć (możliwy montaż ogranicznika przepięć Typu 1, Typu 1, 2 lub kombinowanych).

Na koniec podsumujmy.

Gdzie zamontować ogranicznik przepięć?

Patrząc od strony zasilania i uwzględniając skuteczność ochrony przeciwprzepięciowej, ogranicznik przepięć powinien być zamontowany w rozdzielnicy, która jest przystosowana do właściwej kategorii przepięć. Musi być właściwie zabezpieczony odpowiednio dobraną wkładką topikową (ewentualnie dobrze dobranym wyłącznikiem nadprądowym) co zabezpiecza przed możliwością powstania np. pożaru i należy go montować zawsze za rozłącznikiem o właściwie dobranym napięciu udarowym U_imp.

Nie można zapominać o przepisach BHP, które są zgodne z przytoczoną wyżej kolejnością montażu aparatów i określają, że stanowisko pracy (w naszym przypadku rozdzielnicę) na czas napraw, remontów itp. należy odłączyć od zasilania z zachowaniem widocznej przerwy izolacyjnej (ten warunek niestety jest praktycznie niemożliwy do spełnienia w większości budownictwa mieszkaniowego).

Kończąc, chciałbym serdecznie podziękować dr inż. Jarosław Wiater, za wsparcie merytoryczne udzielone przy tworzeniu tego artykułu.