Ogranicznik przepięć, zwany też ochronnikiem przeciwprzepięciowym (SPD – Surge Protective Device), pełni rolę strażnika bezpieczeństwa w instalacjach elektrycznych, chroniąc przed nagłymi wzrostami napięcia, które mogą uszkodzić sprzęt elektroniczny i elektryczny. Warto podkreślić, że przepięcia nie ograniczają się jedynie do uderzeń pioruna – powstają także w wyniku zakłóceń łączeniowych i indukowanych, stanowiąc codzienne zagrożenie dla urządzeń.
Podstawowe mechanizmy powstawania i charakterystyka przepięć
Przepięcia to krótkotrwałe impulsy napięciowe, których amplituda może sięgać nawet kilkudziesięciu tysięcy woltów, podczas gdy nominalne napięcie w instalacji domowej wynosi 230 V. Wyróżniamy dwa podstawowe typy udarów:
- Udar piorunowy 10/350 µs – charakteryzuje się dużą energią i długim czasem opadania impulsu, co jest typowe dla bezpośrednich wyładowań atmosferycznych.
- Udar 8/20 µs – krótszy i o mniejszej energii, na ogół związany z przepięciami łączeniowymi i indukowanymi.
Obszar pod krzywą na wykresach udarów odzwierciedla przenoszoną energię, która musi być skutecznie odprowadzona, by zabezpieczyć instalację i podłączone urządzenia.
Budowa i typy ograniczników przepięć
Ograniczniki przepięć dzieli się przede wszystkim na trzy typy, odpowiadające poziomowi ochrony i miejscu montażu w instalacji:
- Typ 1 – zabezpiecza przed udarami piorunowymi o dużej energii, zwykle w instalacjach zewnętrznych lub przyłączeniowych. Ich głównym elementem jest iskiernik, który w momencie przepięcia tworzy łuk elektryczny i odprowadza prąd do uziemienia.
- Typ 2 – montowany w rozdzielnicach budynków, chroni instalację przed przepięciami łączeniowymi i pośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi. Wykorzystuje warystory, ich reakcja jest szybsza, ale mają mniejszą odporność na impulsy o dużej energii.
- Typ 3 – ochrona końcowa, dedykowana do urządzeń wrażliwych, takich jak sprzęt komputerowy czy RTV. Montowane blisko chronionych odbiorników, często w formie listew przeciwprzepięciowych.
Zasada działania ogranicznika przepięć
W normalnych warunkach ogranicznik zachowuje się jak obwód otwarty – jego impedancja jest bardzo wysoka i prąd nie płynie przez jego elementy zabezpieczające. W momencie pojawienia się przepięcia, gdy napięcie przekracza ustalony próg:
- Iskiernik w ograniczniku typu 1 tworzy łuk elektryczny, który zamyka obwód między przewodem fazowym a ochronnym PE, kierując przepływ prądu do ziemi.
- Warystor, stosowany w ogranicznikach typu 2 i 3, gwałtownie zmniejsza swoją rezystancję, umożliwiając szybkie odprowadzenie nadmiaru prądu.
Po ustaniu przepięcia impedancja powraca do wartości wysokiej, a ogranicznik wraca do stanu spoczynku, zapewniając ciągłość pracy instalacji.
Rola szyny wyrównawczej
Kluczowym elementem prawidłowego działania ogranicznika jest jego połączenie z uziemioną szyną wyrównawczą. Dzięki temu wszystkie metalowe części instalacji i urządzeń mają wyrównany potencjał, co eliminuje ryzyko iskrzenia i powstawania łuków elektrycznych, które mogą prowadzić do pożaru lub uszkodzeń izolacji
Koordynacja i dobór ograniczników przepięć
Ochrona przeciwprzepięciowa musi być realizowana kaskadowo:
- Typ 1 absorbuje impulsy o największej energii (bezpośrednie wyładowania piorunowe),
- Typ 2 redukuje przepięcia łączeniowe i pośrednie,
- Typ 3 zabezpiecza wrażliwe odbiorniki końcowe.
Ważnym parametrem podczas doboru jest maksymalny prąd impulsowy, jaki ogranicznik jest w stanie bezpiecznie odprowadzić, a także jego napięciowy poziom ochrony (Up), czyli najwyższe napięcie, do którego jest w stanie ograniczyć przepięcie.
Dobór zabezpieczeń nadprądowych
W przypadku uszkodzenia ogranicznika (np. przejście w stan zwarcia), konieczne jest zastosowanie odpowiedniego zabezpieczenia nadprądowego – najczęściej w formie wkładki topikowej o charakterystyce zwłocznej, które odetnie zasilanie, zapobiegając dalszym uszkodzeniom instalacji i rozdzielnicy.
Montaż i eksploatacja
Ograniczniki przepięć montuje się najczęściej w rozdzielnicach głównych, możliwie blisko punktu przyłączeniowego, pamiętając o zachowaniu krótkich przewodów łączących. W instalacjach trójfazowych stosuje się ograniczniki czterobiegunowe (L1, L2, L3, N), natomiast w instalacjach jednofazowych – jednomodułowe urządzenia.
Kontrola stanu urządzeń jest możliwa dzięki wbudowanym wskaźnikom (wizualnym lub sygnalizacji elektrycznej), które informują, które sygnalizują ciągłość pracy lub informują o uszkodzeniu wkładki ogranicznika w zależności do modelu. Zaleca się regularne przeglądy, ponieważ elementy ograniczników ulegają starzeniu i mogą tracić swoje właściwości ochronne.
Ogranicznik przepięć a kompleksowa ochrona przeciwprzepięciowa
Sam ogranicznik przepięć to tylko jeden z elementów systemu. Skuteczna ochrona wymaga równoległego zastosowania:
- kompletnego systemu wyrównania potencjałów,
- odpowiednio zaprojektowanego i wykonanego uziemienia,
- stosowania ograniczników na wszystkich drogach, przez które przepięcia mogą się dostać do budynku,
- zapewnienia właściwej kaskadowości stopni ochrony i przestrzegania zaleceń producentów dotyczących montażu.
Podsumowanie
Ograniczniki przepięć stanowią kluczowy element ochrony instalacji elektrycznej oraz urządzeń elektronicznych przed skutkami przepięć wywołanych zarówno wyładowaniami atmosferycznymi, jak i zjawiskami łączeniowymi. Ich skuteczność zależy nie tylko od właściwego doboru typu i parametrów, ale również od prawidłowego montażu — z zachowaniem możliwie najkrótszych połączeń do uziemienia oraz odpowiedniego zabezpieczenia nadprądowego. Właściwie zaprojektowany system ochrony przeciwprzepięciowej powinien mieć charakter kompleksowy, obejmując wszystkie przewody i elementy instalacji, które mogą przewodzić prąd udarowy. Kluczowe znaczenie ma również regularna kontrola stanu ograniczników oraz systemu wyrównania potencjałów, co pozwala utrzymać wysoką skuteczność ochrony w dłuższym okresie eksploatacji.
