Czym jest przepięcie? To nagły, wywołany różnymi czynnikami – wewnętrznymi lub zewnętrznymi – wzrost napięcia i natężenia prądu, znacznie przekraczający maksymalne dopuszczalne parametry dla danej instalacji. Wskutek przepięcia dochodzi nie tylko do zakłóceń w pracy urządzeń, ale przede wszystkim gwałtownie wzrasta ryzyko całkowitego zniszczenia odbiorników, które są wyposażone w delikatne i nieodporne na wahania napięcia podzespoły elektroniczne, jak np. komputerów, wszelkiego typu modemów, dekoderów, telewizorów, płyt grzewczych, piekarników itp.
Należy pamiętać, że przepięcia mogą dochodzić nie tylko z sieci elektrycznych, ale także z uziemienia. W przypadku braku odpowiednich zabezpieczeń, wskutek wyładowań atmosferycznych uszkodzeniu może ulec nawet 90% wrażliwych urządzeń.

W zgodzie z prawem

Wg rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, instalacje elektryczne w budynku wymagają m.in. stosowania
- ochronnych urządzeń różnicowoprądowych, które mają uzupełniać podstawową ochronę przeciwporażeniową i p-poż., a w sytuacji zagrożenia samoczynnie wyłączać zasilanie;
- wyłączników nadprądowych w obwodach odbiorczych,
- przeciwpożarowych wyłączników prądu,
- urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej.

Typy przepięć

Wbrew pozorom, nie tylko piorun może zagrozić naszym sprzętom elektrotechnicznym. Niebezpieczne są też zakłócenia w pracy sieci elektrycznej, które generują przepięcia łączeniowe o wysokiej częstotliwości lub szybkozmienne. Ponadto do zmian napięcia może dojść wskutek uszkodzenia czy to izolacji przewodu, czy przewodu neutralnego – wówczas mamy do czynienia z przepięciami o częstotliwości zasilania. Kolejnym typem przepięć są te spowodowane wyładowaniem elektrostatycznym. I wreszcie – przepięcia, których źródłem są wyładowania atmosferyczne.

Niebezpieczną właściwością piorunów jest to, że w momencie, gdy uderzają, w niezwykle krótkim czasie zostaje wyzwolona ogromna ilość energii. Wyładowania są niebezpieczne dla instalacji i urządzeń elektrycznych zarówno w przypadku, gdy uderzenie nastąpi bezpośrednio w naziemne przewody sieci elektroenergetycznej albo w zasilany przez nie budynek, jak i gdy ma to miejsce w ich pobliżu. Należy pamiętać, że przepięcie może po sieci dotrzeć nawet na odległość kilku kilometrów od miejsca uderzenia. Uderzenie w napowietrzną linię wysokiego napięcia czy telekomunikacyjną powoduje, że wytworzona fala przepięciowa ma prostą drogę do urządzeń, które są do nich podłączone. Z kolei impuls elektromagnetyczny indukuje wysokie napięcie we wszystkich odwodach, które znajdują się w bliskiej odległości miejsca, gdzie nastąpiło wyładowanie, czego skutkiem mogą być nieodwracalne uszkodzenia sprzętu.

Sposobem na zminimalizowanie ryzyka strat wskutek przepięć wywołanych wyładowaniami atmosferycznymi jest montaż w głównej rozdzielnicy instalacji ochronników przepięciowych. Są to urządzenia, których podstawowym zadaniem jest natychmiastowe odłączenie instalacji od zasilania w chwili, gdy pojawia się przepięcie. W ten sposób zabezpieczają one sprzęt przed niszczącym uderzeniem prądu o zabójczym dla nich napięciu, a jeśli instalacja przepięciowa jest wykonana profesjonalnie, skutecznie i efektywnie chroni nawet w przypadku, gdy piorun uderzy bezpośrednio w budynek.

Rodzaje ograniczników

Ograniczniki przepięć dzielimy na urządzenia klasy:
1. A – przeznaczone do montażu na liniach elektroenergetycznych. Ich zadaniem jest minimalizowanie przepięć do poziomu ok. 4 kV;
2. B – czyli popularne odgromniki; w budynku stanowią one pierwszy poziom zabezpieczenia przed przepięciami; przeznaczone są do montażu przy głównej rozdzielnicy, w skrzynce obok złącza albo w złączu – powinny znajdować się możliwie blisko miejsca, w którym instalacja elektryczna wchodzi do obiektu. Ich zadaniem jest ochrona przed bezpośrednim wpływem prądu piorunowego i innymi przepięciami, wstępne wytłumienie fali przepięciowej i wyrównywanie potencjałów w obiektach. W zależności od instalacji, montuje się je albo w trzech przewodach fazowych, albo w nich i dodatkowo w przewodzie neutralnym. Odgromniki znajdują zastosowanie zarówno w obiektach wyposażonych w instalację odgromową, jak i pozbawionych jej, zasilanych z sieci kablowych i z linii napowietrznej. Mają za zadanie ograniczać przepięcia do poziomu poniżej 4 kV (zasadniczo do 2,5 kV). Konieczne jest dopilnowanie, by nie były one narażone na prąd zwarciowy. Aby uniknąć ryzyka zwarcia i uszkodzenia rozdzielnicy należy zamontować urządzenie chroniące przed skutkami prądu zwarciowego.
3. C – czyli tzw. ochronniki; to II stopień ochrony przepięciowej, którego zadaniem jest ograniczanie przepięć do poziomu 1-1,5 kV. Najczęściej jest lokalizowany przy rozdzielnicy głównej, może być też umieszczony w rozdzielnicy oddziałowej lub na tablicy rozdzielczej. Ponieważ pomiędzy odgromnikiem a ochronnikiem musi być kilkumetrowa odległość, jeśli oba są zamontowane przy rozdzielnicy, konieczne staje się ich sztuczne rozdzielenie. Zadanie to spełnia cewka odprzęgająca albo kompaktowy zestaw ochronników obu tych klas. Ochronniki muszą być zabezpieczone przed prądem zwarciowym. Nie są one odporne na przepięcie długotrwałe. I w tym przypadku należy zamontować urządzenie chroniące przed skutkami prądu zwarciowego.
4. D – urządzenia przeznaczone do bezpośredniej ochrony urządzeń i znajdujące się w ich bezpośrednim sąsiedztwie. Najczęściej są to tzw. listwy przeciwprzepięciowe, gniazda wtykowe albo puszki, a także zabezpieczenia montowane bezpośrednio w urządzeniach. Mają one za zadanie chronić sprzęt przed przepięciami przepuszczonymi przez I i II stopień ochrony przepięciowej, czyli przez odgromniki i ochronniki, tłumiąc je do wartości akceptowalnych dla urządzeń.
Ograniczniki mogą być montowane jako oddzielne urządzenia lub kompaktowe. Na rynku dostępne są np. urządzenia dwustopniowe, zespolone klasy B+C, a także ochronniki przepięciowe BCD, które gwarantują skuteczne zabezpieczenie instalacji elektrycznej i urządzeń przed przepięciami i częścią prądu piorunowego. Ich zaletą jest to, że nie ma potrzeby zachowania odległości ochronnej między urządzeniem a urządzeniami technicznymi.

Warto pamiętać, że ograniczniki przeciwprzepięciowe wymienia się na ogół dopiero, gdy wymieniamy rozdzielnicę. W razie wystąpienia przepięcia i zadziałania urządzenia, z reguły konieczna jest jedynie wymiana wkładki.

Wybór i montaż

Ochrona przepięciowa, podobnie jak instalacja odgromowa, powinny być zaprojektowane i zamontowane przez fachowca z uprawnieniami. Przy projektowaniu zabezpieczeń i wyborze konkretnych urządzeń bierze się pod uwagę szereg czynników, w tym m.in. sprzęt, w jaki jest wyposażony budynek i jaki musi być chroniony; to, czy jest on wyposażony w instalację odgromową; lokalizację budynku – tu m.in. czy znajduje się on na wzniesieniu, jakimi budynkami jest otoczony, czy w pobliżu znajdują się wyższe od niego elementy, jak np. maszty, drzewa, wieże. Ważne jest ponadto, z jakiego typu sieci dostarczana jest energia elektryczna, a także – w jakim stopniu dany teren narażony jest na wyładowania atmosferyczne i z jaką średnią częstotliwością mają one miejsce.

Aby ograniczniki przepięć B i C oraz urządzenia kompaktowe B+C pracowały efektywnie, należy je zainstalować pomiędzy wyłącznikiem różnicowoprądowym a wyłącznikiem nadmiarowo-prądowym.

Wyłączniki nadmiarowo-prądowe

– potocznie zwane bezpiecznikami, to urządzenia montowane w instalacji elektrycznej, których zadaniem jest zabezpieczenie instalacji przed przeciążeniami i zwarciami, a tym samym zapewnienie jej niezawodnej i bezpiecznej pracy. W chwili, gdy wartość prądu płynącego w danym obwodzie przekroczy dopuszczalną górną granicę, wyłącznik przerywa ciągłość i w ten sposób chroni instalację i urządzenia do niej podłączone.

Wyłączniki różnicowoprądowe – służą do zabezpieczania instalacji i wyłączania jej w sytuacji, gdy doszło do uszkodzenia, którego skutkiem jest pojawienie się prądu różnicowego i wzrost zagrożenia porażeniem. Ponadto, ograniczają ryzyko porażenia wskutek dotyku pośredniego (wyłączają zasilanie, jeśli dotkniemy elementu, który wskutek awarii znalazł się pod wysokim napięciem – np. obudowy lodówki czy tostera itp.), stanowią też uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim.

Wyłączniki różnią się między sobą czułością, czyli maksymalnym natężeniem prądu znamionowego ciągłego i wartością znamionowego prądu różnicowego, który powoduje zadziałanie urządzenia. Do produktów o wysokim poziomie czułości zalicza się te, które budowane są dla prądów znamionowych ciągłych o natężeniu 6 i 10 A oraz prądu różnicowego 10 lub 30 mA. Te urządzenia pozwalają mieć dużą pewność, że nawet w sytuacji, gdy osoba stojąca na podłożu dobrze przewodzącym prąd dotknie przewodu elektrycznego, nie skończy się to tragicznie, ponieważ wyłącznik odetnie dopływ prądu.

W instalacjach domowych instaluje się najczęściej wyłączniki różnicowoprądowe dla prądu znamionowego różnicowego 30 mA. Należy pamiętać, że urządzenia te są standardem w wyposażeniu nowych budynków. W obiektach starszych czy wyposażonych w instalacje, w których przewód zerowy jest jednocześnie ochronnym, niedopuszczalne jest montowanie wyłączników. Jeśli zależy nam na takim zabezpieczeniu, konieczna jest konsultacja z fachowcem i modernizacja instalacji.

Wielu osobom wydaje się, że jeśli podłączą wrażliwy sprzęt do listwy antyprzepięciowej czy zabezpieczonego gniazda, uchronią go przed zniszczeniem w razie pojawienia się fali przepięciowej. Tymczasem jest to błędne myślenie. Zabezpieczenia te nie są w stanie skutecznie i efektywnie przeciwdziałać i neutralizować prąd o tak wysokim napięciu, jaki jest generowany przez wyładowanie atmosferyczne (czy inne źródło przepięcia). Ochrona klasy D ma sens, jeśli jest poprzedzona urządzeniami klasy B i C lub – w określonych przypadkach - tylko C. Ponadto, skuteczność ograniczników przepięć jest uzależniona od dobrego uziemienia.

Kompleksowa ochrona

Aby do minimum ograniczyć a nawet wyeliminować zagrożenie przepięciami, należy zadbać też o zabezpieczenie szczególnie narażonych na uderzenia piorunów elementów budynku. Jednym z takowych jest np. antena telewizyjna. Dostęp do bezpłatnej cyfrowej telewizji wymaga często zamontowania anteny zewnętrznej. Stanowi ona łatwy cel wyładowania i dlatego konieczne jest zarówno jej efektywne uziemienie, jak i wyposażenie instalacji antenowej w ogranicznik klasy D.

Innym sposobem neutralizowania zagrożeń wynikających z uderzenia pioruna jest stosowanie tzw. połączeń wyrównawczych – elektrycznych, małooporowych, łączących z sobą wszystkie elementy przewodzące, dzięki czemu uzyskują one zbliżony potencjał. Powinny one dotyczyć wszystkich instalacji przewodzących i metalowych elementów budynku. Połączenia te mogą być bezpośrednie lub pośrednie, a także główne, dodatkowe, miejscowe, nieuziemione.

Instalacja połączeń wyrównawczych głównych wykonywana jest poprzez łączenie przewodami wyrównawczymi oddalonych od siebie metalowych elementów konstrukcji budynku, fragmentów metalowych rur, uziomu instalacji odgromowej, przewodu ochronnego. Są one podpinane do szyny wyrównawczej (tzw. ekwipotencjalnej), połączonej z punktem neutralnym rozdzielnicy elektrycznej. Z kolei połączenia wyrównawcze miejscowe nie wymagają stosowania szyny głównej.

***
Pamiętajmy, że tylko kompleksowa ochrona wewnętrzna i zewnętrzna zabezpieczy nas i nasz dobytek przed tragicznymi czasami skutkami wyładowań atmosferycznych. Nie powinno się na tych zabezpieczeniach oszczędzać, ponieważ skutki zaniechania mogą być o wiele bardziej kosztowne niż montaż instalacji odgromowej i ochrony przepięciowej.