Iskiernik w transformatorze SN – strażnik, który czasem wygląda na winnego

Wyobraź sobie, że wchodzisz do prefabrykowanej stacji transformatorowej w mglisty, wilgotny poranek. Powietrze jest gęste, a w tle słychać cichy szum wentylatora. Otwierasz drzwi do przedziału średniego napięcia, a Twoje oczy natychmiast przyciąga jeden element – iskiernik.

Ma ciemne smugi, nadpalenia i nierówny kolor elektrod. Jeśli wcześniej widziałeś tylko nowe urządzenia, możesz od razu pomyśleć: „Mamy awarię”.

Tymczasem to może być zupełnie odwrotna historia.

Te ślady nie muszą oznaczać uszkodzenia – bardzo często są dowodem na to, że iskiernik zadziałał i ochronił transformator przed groźnym przepięciem.

Tak jak pas bezpieczeństwa po kolizji nosi ślady naprężeń, tak iskiernik po zadziałaniu pokazuje ślady łuku elektrycznego, który uratował izolację uzwojeń.

Dlaczego o tym piszemy?

W Energeks pracujemy z transformatorami średniego napięcia w różnych środowiskach – od zakładów produkcyjnych po obiekty komunalne.

Wielu operatorów i inwestorów zgłasza się do nas z pytaniem: „Czy to normalne, że iskiernik wygląda na przypalony?”. Często odpowiedź brzmi: tak, to normalne, a nawet pożądane – pod warunkiem, że ślady mieszczą się w granicach dopuszczalnych przez producenta.

Nasz cel jest prosty:

wyjaśnić, czym jest iskiernik, jak działa, kiedy wymaga interwencji i jak go serwisować, by instalacja była chroniona na najwyższym poziomie.

W tym materiale znajdziesz:

1. Czym dokładnie jest iskiernik i jakie pełni funkcje.

2. Jak przebiega proces zadziałania – od pojawienia się przepięcia po odprowadzenie energii.

3. Dlaczego na iskierniku pojawiają się ślady i co one oznaczają.

4. Różnice między iskiernikiem a odgromnikiem.

5. Kryteria odróżniania normalnych śladów pracy od faktycznych uszkodzeń.

6. Procedury przeglądu i konserwacji.

7. Wpływ warunków środowiskowych na stan iskiernika.

8. Kiedy należy wykonać wymianę.

9. Znaczenie edukacji operatorów.

10. Perspektywę rozwoju ochrony przepięciowej w przyszłości.

Czas czytania: ok. 15 minut

1. Czym jest iskiernik w transformatorze SN

Iskiernik w transformatorze średniego napięcia to element ochrony przepięciowej, który działa jak zawór bezpieczeństwa dla układu elektroenergetycznego.

Jego konstrukcja opiera się na dwóch lub więcej elektrodach oddzielonych szczeliną powietrzną lub wypełnieniem gazowym.

Zasada działania:

• W normalnych warunkach napięcie robocze jest niższe niż napięcie przebicia powietrza w szczelinie, więc iskiernik nie przewodzi.

• Gdy w sieci pojawi się nagły skok napięcia (np. w wyniku wyładowania atmosferycznego, łączeń w sieci, uszkodzeń linii), napięcie między elektrodami przekracza wartość krytyczną – tzw. napięcie zapłonu.

• Powstaje łuk elektryczny, który przewodzi energię do uziemienia, chroniąc uzwojenia transformatora.

Normy: Zgodnie z PN-EN 60099 oraz IEC 60099 parametry iskiernika muszą być dobrane tak, aby napięcie zapłonu było odpowiednio wyższe od napięcia roboczego sieci, ale niższe niż poziom wytrzymałości izolacji transformatora.

Laboratoryjny iskiernik z elektrodami płaskimi/CC: WIkimedia Commons

2. Jak przebiega proces zadziałania iskiernika – od pojawienia się przepięcia po odprowadzenie energii

Proces zadziałania iskiernika w transformatorze średniego napięcia to niezwykle dynamiczne zjawisko, które rozgrywa się w skali mikrosekund, ale decyduje o bezpieczeństwie urządzenia, a często całej stacji. Warto prześledzić go krok po kroku, aby zrozumieć, co tak naprawdę dzieje się w tej niewielkiej szczelinie pomiędzy elektrodami.

2.1. Pojawienie się przepięcia

W normalnych warunkach napięcie robocze w sieci jest stabilne i utrzymuje się znacznie poniżej napięcia zapłonu iskiernika. Przepięcie pojawia się w momencie gwałtownego wzrostu napięcia – może być ono spowodowane:

• wyładowaniem atmosferycznym (impuls piorunowy może mieć strome czoło rzędu 1,2 µs i amplitudę setek kV),

• manewrami łączeniowymi w sieci (włączanie lub wyłączanie dużych odbiorników, przełączanie sekcji),

• zwarciami w innych punktach sieci (skoki napięć powrotowych),

• rezonansami ferrorezonansowymi w układach z pojemnościami i indukcyjnościami.

W momencie, gdy napięcie pomiędzy zaciskami iskiernika rośnie i zbliża się do wartości krytycznej, zaczyna się proces inicjacji.

2.2. Inicjacja wyładowania – jonizacja medium

Medium między elektrodami (najczęściej powietrze lub gaz obojętny w wersjach zamkniętych) działa jak izolator. Jednak po przekroczeniu tzw. napięcia przebicia zgodnie z prawem Paschena, cząsteczki gazu zaczynają się jonizować. Elektrony przyspieszają w polu elektrycznym i zderzając się z atomami, wybijają kolejne elektrony, tworząc lawinę elektronową.

To jest moment, w którym rezystancja szczeliny zaczyna gwałtownie spadać. W praktyce od chwili przekroczenia napięcia zapłonu do pełnego przebicia mija od kilkunastu nanosekund do kilku mikrosekund.

2.3. Przebicie i powstanie łuku elektrycznego

Gdy lawina jonów i elektronów utworzy przewodzącą ścieżkę, następuje przebicie szczeliny – między elektrodami pojawia się łuk elektryczny. Temperatura w kanale łuku błyskawicznie osiąga wartości rzędu 5000–6000°C.

W tym stanie prąd przepięciowy znajduje sobie drogę o minimalnej impedancji w kierunku uziemienia. Wartości prądów mogą wynosić:

• dla impulsów piorunowych – kilkadziesiąt kiloamperów (np. 8/20 µs według norm),

• dla przepięć łączeniowych – od kilkuset amperów do kilku kA.

2.4. Odprowadzenie energii do uziemienia

Łuk elektryczny w iskierniku działa jak kanał transportowy, który przenosi energię przepięcia z obwodu średniego napięcia do systemu uziemiającego. Jakość i rezystancja uziemienia mają tu kluczowe znaczenie – wysoka rezystancja uziemienia może spowodować powstanie niebezpiecznych napięć krokowych i dotykowych w otoczeniu stacji.

W profesjonalnych instalacjach stosuje się uziemienia o rezystancji nie większej niż 2–4 Ω dla stacji SN, zgodnie z wymaganiami PN-HD 60364 oraz PN-EN 50522.

2.5. Wygaszenie łuku i powrót do stanu spoczynkowego

Po odprowadzeniu nadmiaru energii napięcie w obwodzie spada poniżej wartości podtrzymania łuku. Kanał plazmowy zaczyna się dejonizować – jony i elektrony rekombinują, temperatura spada, a szczelina między elektrodami wraca do stanu izolacyjnego.
Czas wygaszenia zależy m.in. od:

• konstrukcji iskiernika (otwarty, zamknięty, rurkowy),

• ciśnienia i składu medium,

• prędkości schładzania.

2.6. Ślady po zadziałaniu – „blizny” ochrony

Po całym procesie na powierzchni elektrod widoczne są skutki działania łuku:

• punktowe nadpalenia w miejscu inicjacji,

• mikroskopijne ubytki materiału,

• osady tlenków metali i węgla.

To są właśnie ślady, które tak często są mylone z oznakami awarii. W rzeczywistości w większości przypadków są one dowodem skutecznej pracy ochrony.

3. Dlaczego na iskierniku pojawiają się ślady i co one oznaczają

Ślady na iskierniku to temat, który często budzi emocje podczas przeglądów stacji transformatorowych. Dla niewprawnego oka mogą wyglądać jak znak zużycia lub uszkodzenia. W rzeczywistości w wielu przypadkach są one nie tylko normalne, ale wręcz pożądane – świadczą o tym, że urządzenie spełniło swoją funkcję i ochroniło transformator przed przepięciem.

1. Skąd biorą się ślady

Aby zrozumieć, dlaczego iskiernik nosi na sobie „blizny”, warto spojrzeć na proces fizyczny, który zachodzi podczas zadziałania.
W momencie przepięcia między elektrodami iskiernika dochodzi do przebicia dielektryka – najczęściej powietrza lub gazu wypełniającego obudowę. Tworzy się łuk elektryczny, a w jego kanale temperatura może osiągnąć nawet 5000–6000°C.

Tak wysokie temperatury powodują:

• mikroskopijne odparowanie materiału elektrod – atomy metalu przechodzą do fazy gazowej, a po ostygnięciu kondensują się na pobliskich powierzchniach w postaci ciemnego nalotu,

• utlenianie metalu – w obecności tlenu i wysokiej temperatury powstają tlenki metali o ciemnej barwie,

• pyrolizę cząstek organicznych (jeżeli w pobliżu znajdują się materiały izolacyjne), co skutkuje powstaniem osadu węglowego.

Rodzaje śladów

Ślady na iskierniku mogą przybierać różne formy – a ich wygląd daje cenną informację o historii pracy urządzenia.

a) Punktowe nadpalenia
To małe, ciemne plamki w miejscach, gdzie inicjował się łuk elektryczny. Mogą wystąpić już po pojedynczym zadziałaniu.

b) Rozległe odbarwienia
Pojawiają się, gdy iskiernik zadziałał kilkukrotnie w krótkim czasie. Powierzchnia elektrod zmienia kolor w wyniku wielokrotnych cykli nagrzewania i chłodzenia.

c) Osad węglowy lub metaliczny
Powstaje z cząstek wyrwanych z elektrod lub zanieczyszczeń obecnych w powietrzu. W stacjach położonych w pobliżu zakładów przemysłowych czy w rejonach nadmorskich taki osad może być intensywniejszy ze względu na obecność soli lub pyłów.

d) Zmatowienie powierzchni
Efekt długotrwałej eksploatacji, gdzie wiele mikrouszkodzeń powoduje zmianę faktury metalu.

Co oznaczają ślady – interpretacja

Nie każdy ślad to sygnał alarmowy. W ocenie stanu iskiernika ważne jest odróżnienie efektów normalnej pracy od oznak faktycznego zużycia.

• Ślady pracy – dowód na to, że iskiernik zadziałał i spełnił swoją funkcję. Mogą obejmować drobne nadpalenia, odbarwienia czy cienką warstwę osadu, którą można łatwo usunąć.

• Ślady zużycia krytycznego – pęknięcia w obudowie ceramicznej lub polimerowej, głębokie ubytki w elektrodach, trwałe osady przewodzące, które zmniejszają odstęp izolacyjny i mogą powodować niekontrolowane przeskoki przy napięciach roboczych.

Porównanie do codziennych sytuacji

Dla zobrazowania można porównać iskiernik do klocków hamulcowych w samochodzie. Ślady tarcia nie oznaczają, że klocki są do wymiany – wręcz przeciwnie, dowodzą, że hamulec działa. Wymiana jest potrzebna dopiero wtedy, gdy grubość klocka spadnie poniżej granicznej wartości lub pojawią się uszkodzenia strukturalne.
Tak samo w iskierniku – przebarwienia i lekkie nadpalenia to normalny „ślad działania”, a nie awaria.

Wpływ środowiska na wygląd śladów

Ślady mogą wyglądać różnie w zależności od warunków, w jakich pracuje stacja:

• wysoka wilgotność – sprzyja powstawaniu osadów o bardziej jednolitej, ciemnej barwie,

• zasolenie powietrza – w rejonach nadmorskich naloty mogą być grubsze i bardziej przewodzące,

• zapylenie przemysłowe – powoduje szary lub brązowy nalot, czasem trudniejszy do usunięcia.

Dlaczego znajomość interpretacji śladów jest kluczowa

Błędna interpretacja może prowadzić do dwóch niekorzystnych scenariuszy:

• Niepotrzebna wymiana – generująca koszty i przestoje, choć element wciąż działa prawidłowo.

• Zaniechanie wymiany – pozostawienie zużytego lub uszkodzonego iskiernika, co naraża transformator na uszkodzenie podczas kolejnego przepięcia.

Zalecamy każdorazowe dokumentowanie stanu iskiernika przy przeglądach (zdjęcia, pomiary), a Różnica między iskiernikiem a odgromnikiem – dlaczego to nie to samo

4. Różnice między iskiernikiem a odgromnikiem.

W branży elektroenergetycznej te dwa pojęcia bywają używane zamiennie, co często prowadzi do nieporozumień podczas przeglądów, zamówień części czy rozmów z inwestorami.

Choć iskiernik i odgromnik są ze sobą powiązane funkcjonalnie – oba służą do ochrony urządzeń przed skutkami przepięć – to ich rola, konstrukcja i zakres działania są różne

Iskiernik – element, nie całe urządzenie

Iskiernik to pojedynczy komponent ochrony przepięciowej. Składa się z dwóch lub więcej elektrod oddzielonych szczeliną powietrzną lub wypełnionych gazem. Jego działanie jest proste i opiera się na zjawisku przebicia dielektryka:

• W warunkach normalnych nie przewodzi prądu.

• Po przekroczeniu napięcia zapłonu następuje przeskok iskry i odprowadzenie energii do uziemienia.

Iskiernik sam w sobie nie jest w stanie zapewnić kompleksowej ochrony przed wszystkimi rodzajami przepięć, ponieważ działa wyłącznie w sytuacjach przekroczenia progu napięcia zapłonu. W transformatorach SN stosuje się go najczęściej jako element dodatkowy lub historyczny, w starszych konstrukcjach.

Odgromnik – kompletne urządzenie ochrony przepięciowej

Odgromnik (ang. surge arrester) to pełne urządzenie, które może zawierać iskiernik jako jeden z elementów, ale może też działać w oparciu o inne technologie – najczęściej warystory tlenkowe (MOV – Metal Oxide Varistor).

Rodzaje odgromników:

1. Odgromniki iskiernikowe – starsze rozwiązania, w których iskiernik jest głównym elementem inicjującym zadziałanie. Dodatkowe elementy (np. rezystory) kontrolują prąd po zadziałaniu i wygaszają łuk.

2. Odgromniki beziskiernikowe – nowoczesne, oparte na warystorach z tlenku cynku, które mają charakterystykę silnie nieliniową: przy napięciu roboczym przewodzą minimalny prąd upływu, a przy przepięciu ich rezystancja gwałtownie maleje, odprowadzając energię.

Dlaczego wciąż spotyka się iskierniki w stacjach SN

Choć w nowych projektach coraz częściej stosuje się odgromniki beziskiernikowe, iskierniki nadal występują w:

• prefabrykowanych stacjach transformatorowych z lat 80. i 90.,

• układach modernizowanych etapowo (gdzie wymieniono transformator, ale nie cały osprzęt SN),

• instalacjach o ograniczonym budżecie, gdzie prosta ochrona jest lepsza niż jej brak.

Współpraca iskiernika i odgromnika

W niektórych układach iskiernik i odgromnik działają razem:

• odgromnik (np. MOV) reaguje na mniejsze, częstsze przepięcia łączeniowe,

• iskiernik pełni rolę zabezpieczenia „ostatniej szansy” przy bardzo wysokich przepięciach, np. w wyniku bliskiego uderzenia pioruna.

Taki tandem jest szczególnie skuteczny w środowiskach o dużym ryzyku przepięć atmosferycznych.

Najprościej ujmując – iskiernik to jak zapalnik, a odgromnik to cały system ochronny.

Jeden jest częścią składową, drugi – zintegrowanym rozwiązaniem.

Zrozumienie tej różnicy jest kluczowe, aby właściwie interpretować stan elementów w stacji i podejmować decyzje serwisowe.

Iskiernik a odgromnik, różnica ujęta w 3 zdaniach

Iskiernik to dwie elektrody z przerwą powietrzną lub gazową, które przewodzą dopiero po przebiciu napięciowym i gasną po ustaniu przepięcia.

Odromnik w energetyce to najczęściej beziskiernikowy ogranicznik z tlenku cynku w obudowie polimerowej. Działa jak nieliniowy element zaciskający przepięcie i wraca do wysokiej rezystancji po udarze.
Nie mylmy tych pojęć z „piorunochronem”.

Odgromnik zabezpiecza urządzenia i linie, a nie sam obiekt budowlany

5. Kryteria odróżniania normalnych śladów pracy od faktycznych uszkodzeń

Podczas przeglądu prefabrykowanej stacji transformatorowej wiele osób widząc ciemne smugi, nadpalenia czy osad na iskierniku, automatycznie zakłada, że element jest uszkodzony. Tymczasem prawidłowa ocena wymaga spojrzenia nie tylko na kolor i wygląd, ale także na parametry geometryczne, stan materiałów i historię eksploatacji. W branży elektroenergetycznej stosuje się kilka precyzyjnych kryteriów, które pozwalają odróżnić „ślad działania” od „oznaki awarii”.

Analiza wizualna – pierwszy filtr oceny

Podstawowym krokiem jest dokładne obejrzenie iskiernika w dobrym oświetleniu, najlepiej przy użyciu latarki inspekcyjnej.
Normalne ślady pracy:

• drobne punktowe nadpalenia w miejscach inicjacji łuku,

• delikatne przebarwienia powierzchni elektrod,

• cienka warstwa nalotu, łatwa do usunięcia podczas czyszczenia.

Ślady świadczące o uszkodzeniu:

• pęknięcia ceramicznych lub polimerowych elementów obudowy,

• deformacje mechaniczne elektrod,

• nadtopienia o głębokości widocznej gołym okiem.

Ocena odstępu między elektrodami

Każdy iskiernik ma określony przez producenta nominalny odstęp między elektrodami, który jest kluczowy dla napięcia zapłonu.

• Dopuszczalne odchylenie to zazwyczaj ±0,1–0,3 mm w zależności od modelu.

• Jeśli odstęp zmniejszył się z powodu erozji lub osadów, napięcie zapłonu może spaść poniżej wartości roboczej – co grozi niekontrolowanym zadziałaniem.

• Jeśli odstęp się zwiększył (np. wskutek mechanicznego uszkodzenia), iskiernik może nie zadziałać na czas, narażając transformator na przebicie izolacji.

Stan powierzchni izolacyjnych

W iskiernikach otwartych izolację stanowi powietrze, ale elementy ceramiczne lub polimerowe obudowy pełnią rolę wsporczą i dystansującą.
Objawy normalne:

• lekki osad powierzchniowy, możliwy do usunięcia,

• brak widocznych ubytków lub pęknięć.

Objawy awarii:

• rysy biegnące przez całą grubość izolatora,

• ślady przebicia powierzchniowego (charakterystyczne ciemne „ścieżki” wzdłuż izolatora).

Rodzaj i struktura osadów

Osad powstaje w wyniku kondensacji materiału elektrod i cząstek z otoczenia.

• Bezpieczny osad – cienka, sucha warstwa, która nie przewodzi prądu i łatwo schodzi przy przetarciu suchą szmatką lub szczotką antystatyczną.

• Osad ryzykowny – gruby, zwarty nalot, który może mieć właściwości przewodzące (szczególnie w środowisku o dużej wilgotności). Taki osad może prowadzić do powstawania prądów upływu i przedwczesnych zadziałań.

Historia eksploatacji i liczba zadziałań

Niektóre modele iskierników (szczególnie w odgromnikach zintegrowanych) wyposażone są w licznik zadziałań. Wartość bliska maksymalnej dopuszczalnej wskazuje, że element zbliża się do końca swojej żywotności, nawet jeśli wizualnie wygląda dobrze.
W przypadku iskierników bez licznika istotna jest dokumentacja fotograficzna z poprzednich przeglądów – pozwala ona zauważyć tempo pogarszania się stanu elementu.

Pomiar rezystancji upływowej

W zaawansowanych przeglądach stosuje się pomiar rezystancji izolacji między elektrodami przy napięciu stałym (np. 500 V DC).

• Wartości rzędu setek megaomów są typowe dla zdrowego elementu.

• Spadek poniżej kilkudziesięciu megaomów może oznaczać obecność przewodzących osadów lub mikropęknięć.

Kryterium normatywne – kiedy uznać uszkodzenie

Normy takie jak PN-EN 60099 i IEC 60099 wskazują, że element ochrony przepięciowej należy uznać za niesprawny, gdy:

• nie spełnia deklarowanego napięcia zapłonu w badaniu kontrolnym,

• posiada uszkodzenia mechaniczne mogące wpłynąć na bezpieczeństwo pracy,

• wykazuje trwały spadek parametrów izolacyjnych.

Można przyjąć zasadę, którą często stosujemy w Energeks:

Jeśli ślad można usunąć, a element zachowuje parametry geometryczne i izolacyjne – to normalny efekt pracy.
Jeśli ślad jest trwały, a parametry odbiegają od normy – to sygnał do wymiany.

6. Procedury przeglądu i konserwacji iskiernika w transformatorze SN

Regularna kontrola i prawidłowa konserwacja iskierników w stacjach średniego napięcia to jeden z najprostszych, a jednocześnie najskuteczniejszych sposobów na wydłużenie żywotności transformatora i zapewnienie ciągłości dostaw energii. Zaniedbania w tym obszarze mogą skutkować nie tylko kosztownymi awariami, ale też ryzykiem dla bezpieczeństwa obsługi.

Rekomendujemy wdrożenie ustrukturyzowanej procedury przeglądowej.

1. Przygotowanie do przeglądu – bezpieczeństwo przede wszystkim

Zanim rozpoczniemy jakiekolwiek prace przy iskierniku, należy:

• Odłączyć zasilanie stacji w sposób zgodny z procedurami zakładu.

• Potwierdzić stan beznapięciowy przy użyciu atestowanego wskaźnika napięcia.

• Uziemić i zwarć obwody SN, jeśli wymagają tego procedury OSD.

• Upewnić się, że pracownik posiada środki ochrony indywidualnej (rękawice elektroizolacyjne, okulary ochronne, kask, odzież trudnopalną).

2. Oględziny wizualne – pierwszy etap diagnostyki

• Sprawdzenie stanu elektrod pod kątem przebarwień, nadpaleń i odkształceń.

• Ocena powierzchni izolatora (ceramika, polimer) – szukamy pęknięć, rys, śladów przebicia powierzchniowego.

• Analiza osadów – określenie, czy są suche i łatwe do usunięcia, czy zwarte i potencjalnie przewodzące.

Wskazówka Energeks: warto używać latarki inspekcyjnej o wąskiej wiązce – pozwala lepiej dostrzec mikropęknięcia i nierówności powierzchni.

3. Pomiar odstępu między elektrodami

• Wykonuje się go przy pomocy suwmiarki lub szczelinomierza.

• Porównujemy wynik z wartością podaną w dokumentacji techniczno-ruchowej (DTR).

• Jeśli odstęp jest mniejszy od nominalnego o więcej niż 0,3 mm – to sygnał do czyszczenia lub wymiany.

• Zbyt duży odstęp (np. po mechanicznym przemieszczeniu) może uniemożliwić zadziałanie w wymaganym czasie.

4. Czyszczenie

Czyszczenie wykonuje się tylko wtedy, gdy iskiernik jest suchy i odłączony od napięcia.

• Do usuwania osadów stosujemy suchą, miękką szczotkę antystatyczną lub ściereczkę z mikrofibry.

• W przypadku trudniejszych nalotów dopuszcza się użycie alkoholu izopropylowego (IPA), nanoszonego punktowo na szmatkę – nigdy bezpośrednio na iskiernik.

• Po czyszczeniu element musi być całkowicie suchy przed ponownym podłączeniem napięcia.

5. Dokumentacja fotograficzna

• Wykonujemy zdjęcia z trzech perspektyw: przód, bok, detal elektrody.

• Oznaczamy datę, numer stacji i numer pola.

• Porównujemy z wcześniejszymi zdjęciami, aby określić tempo degradacji.

Dlaczego to ważne: wizualna historia elementu pozwala przewidzieć, kiedy zbliża się moment wymiany – zanim dojdzie do awarii.

6. Pomiar parametrów elektrycznych (opcjonalnie)

W przypadku iskierników wrażliwych na osady można wykonać pomiar rezystancji izolacji:

• Miernik ustawiony na napięcie probiercze 500 V DC.

• Wynik powyżej 100 MΩ – stan bardzo dobry.

• Wynik poniżej 50 MΩ – konieczne dodatkowe czyszczenie lub wymiana.

7. Kryteria decyzji o wymianie

Iskiernik należy wymienić, jeśli:

• posiada pęknięcia lub uszkodzenia mechaniczne,

• odstęp między elektrodami odbiega od wartości nominalnej i nie można go skorygować,

• po czyszczeniu wciąż występuje przewodzący nalot,

• parametry izolacyjne spadły poniżej dopuszczalnych wartości.

8. Harmonogram przeglądów

• Stacje w środowisku normalnym – kontrola co 12 miesięcy.

• Środowisko o wysokim zapyleniu lub zasoleniu – kontrola co 6 miesięcy.

• Stacje krytyczne dla ciągłości zasilania – dodatkowe przeglądy po każdej burzy lub awarii w sieci.

9. Dobre praktyki

• Prowadzenie rejestru przeglądów – z wpisami o stanie, działaniach serwisowych i pomiarach.

• Stosowanie oryginalnych części zamiennych zgodnych z DTR.

• Szkolenie personelu w zakresie interpretacji śladów pracy – by odróżniać je od awarii.

  ---

7. Wpływ warunków środowiskowych na stan iskiernika

Iskiernik jest elementem, którego skuteczność zależy nie tylko od jakości wykonania czy poprawnego montażu, ale także od środowiska, w jakim pracuje. Prefabrykowana stacja transformatorowa może stać w zupełnie różnych warunkach – w centrum miasta, przy zakładzie przemysłowym, na terenie portu morskiego czy w pobliżu kopalni odkrywkowej. Każde z tych miejsc stawia przed iskiernikiem inne wyzwania.

Wilgotność i kondensacja

Mechanizm oddziaływania:
Wysoka wilgotność powietrza, szczególnie w połączeniu z niską temperaturą, prowadzi do kondensacji wody na powierzchni izolatorów i elektrod iskiernika. Woda jest przewodnikiem (szczególnie z rozpuszczonymi solami i zanieczyszczeniami), więc obecność cienkiej warstwy wilgoci może obniżyć napięcie zapłonu.

Skutki:

• przedwczesne zadziałania iskiernika przy normalnych warunkach roboczych,

• tworzenie się nalotów mineralnych po odparowaniu wody,

• przyspieszone korodowanie elektrod.

Rekomendacje serwisowe:

• regularne przeglądy w okresach o dużych wahaniach temperatury,

• sprawdzanie wentylacji stacji,

• stosowanie elementów z powłokami hydrofobowymi w środowiskach o wysokiej wilgotności.

Zasolone powietrze (strefy nadmorskie)

Mechanizm oddziaływania:
Mikroskopijne cząsteczki soli, niesione wiatrem z morza, osiadają na powierzchni izolatorów i elektrod. Sól jest silnie higroskopijna – przyciąga wilgoć z powietrza, tworząc cienką warstwę przewodzącą.

Skutki:

• spadek napięcia zapłonu nawet o kilkanaście procent,

• wzrost prądów upływu,

• powstawanie trwałych osadów trudnych do usunięcia.

Rekomendacje serwisowe:

• czyszczenie iskierników co najmniej dwa razy częściej niż w stacjach zlokalizowanych w głębi lądu,

• stosowanie konstrukcji zamkniętych lub z osłonami,

• okresowe płukanie elementów wodą demineralizowaną w połączeniu z suszeniem.

Zapylenie przemysłowe

Mechanizm oddziaływania:
Pyły pochodzące z procesów przemysłowych (cementownie, hutnictwo, elektrownie węglowe) osiadają na elementach stacji, w tym na iskiernikach. Wiele z nich ma właściwości przewodzące lub półprzewodzące.

Skutki:

• wzrost częstotliwości zadziałań przy umiarkowanych przepięciach,

• zwiększone ryzyko przebicia powierzchniowego,

• przyspieszone zużycie elektrod przez mikroskopijne cząstki działające jak ścierniwo.

Rekomendacje serwisowe:

• stosowanie filtrów powietrza w wentylacji stacji,

• czyszczenie iskierników co 6 miesięcy lub częściej w okresach intensywnej produkcji,

• kontrola stanu powierzchni izolatorów pod kątem mikrouszkodzeń.

Środowiska rolnicze i zapylenie organiczne

Mechanizm oddziaływania:
W pobliżu zakładów przetwórstwa rolniczego, suszarni zbóż czy ferm, powietrze nasycone jest cząstkami organicznymi. Mogą one zawierać tłuszcze lub cukry, które po osadzeniu się na izolatorach tworzą lepką warstwę przyciągającą kurz.

Skutki:

• tworzenie się warstw o wysokiej lepkości, które trudno usunąć,

• miejscowe przewodnictwo w warunkach wysokiej wilgotności,

• przyspieszone zabrudzenia powierzchni izolacyjnych.

Rekomendacje serwisowe:

• czyszczenie chemiczne z użyciem delikatnych środków odtłuszczających (z zachowaniem ostrożności),

• regularna inspekcja w okresach intensywnych prac rolnych.

Ekstremalne temperatury

Mechanizm oddziaływania:

• Wysokie temperatury mogą powodować rozszerzalność cieplną elementów, co minimalnie zmienia odstęp między elektrodami.

• Niskie temperatury zwiększają ryzyko kondensacji i spowalniają odparowywanie wilgoci.

Skutki:

• w klimacie gorącym – potencjalne przyspieszone starzenie powłok ochronnych,

• w klimacie zimnym – wyższe ryzyko chwilowych spadków napięcia zapłonu.

Rekomendacje serwisowe:

• dopasowanie harmonogramu przeglądów do sezonowych warunków pogodowych,

• stosowanie materiałów odpornych na UV i wahania temperatur.

6. Dlaczego środowisko trzeba brać pod uwagę w harmonogramie serwisu

Nie ma jednego uniwersalnego terminu przeglądów dla wszystkich stacji – lokalne warunki mogą skrócić wymagany interwał nawet o połowę. Polecamy takie podejście:

Harmonogram serwisowy ustala się po analizie lokalizacji, historii zadziałań iskierników oraz pomiarach rezystancji uziemienia.

8. Kiedy należy wykonać wymianę iskiernika

Iskiernik w transformatorze średniego napięcia jest elementem, który może działać poprawnie przez wiele lat, jeśli jest prawidłowo dobrany, zamontowany i serwisowany. Jednak jak każdy komponent elektroenergetyczny, podlega procesowi starzenia i zużycia. W pewnym momencie jego parametry przestają mieścić się w granicach określonych przez producenta, a dalsza eksploatacja staje się ryzykowna dla bezpieczeństwa całej instalacji.

Główne powody wymiany

a) Uszkodzenia mechaniczne

• Pęknięcia w obudowie ceramicznej lub polimerowej.

• Złamania lub odkształcenia elektrod.

• Luzowanie się elementów mocujących.

Takie uszkodzenia mogą prowadzić do niekontrolowanych przeskoków łuku lub utraty stabilności mechanicznej iskiernika.

b) Utrata parametrów geometrycznych

• Zmiana odstępu między elektrodami poza tolerancję podaną w DTR (często ±0,3 mm).

• Skutkuje to zmianą napięcia zapłonu – zbyt mały odstęp obniża napięcie i powoduje przedwczesne zadziałania, zbyt duży – zwiększa ryzyko braku reakcji na przepięcie.

c) Nadmierne zużycie materiału elektrod

• Widoczne ubytki materiału, ostre krawędzie zastąpione wżerami.

• Świadczy o wielokrotnych zadziałaniach i erozji powierzchni.

d) Trwałe osady przewodzące

• Naloty z pyłów przemysłowych, soli lub produktów korozji, które po czyszczeniu wciąż obniżają rezystancję między elektrodami.

• Szczególnie groźne w wilgotnym środowisku, bo mogą tworzyć przewodzącą ścieżkę nawet przy napięciu roboczym.

e) Utrata właściwości izolacyjnych

• Pomiar rezystancji izolacji wykazuje spadek poniżej wartości zalecanych (np. <50 MΩ).

• Może wynikać z mikropęknięć izolatora lub trwałych zanieczyszczeń w strukturze materiału.

Kryteria normatywne wymiany

Zgodnie z wytycznymi PN-EN 60099 i dokumentacją producentów, iskiernik należy wymienić, jeśli:

• w testach kontrolnych napięcie zapłonu odbiega o więcej niż ±10% od wartości nominalnej,

• odnotowano liczbę zadziałań przekraczającą wartość graniczną określoną w DTR,

• uszkodzenia mechaniczne wpływają na bezpieczeństwo pracy,

• parametry izolacyjne spadły poniżej dopuszczalnych poziomów.

Znaczenie historii eksploatacji

Dwa iskierniki, które wizualnie wyglądają podobnie, mogą być w zupełnie innym stanie technicznym. Dlatego istotne jest prowadzenie rejestru przeglądów, w którym zapisywane są:

• daty przeglądów,

• liczba zadziałań (jeżeli licznik jest dostępny),

• wyniki pomiarów odstępu i rezystancji izolacji,

• zdjęcia porównawcze.

Taki rejestr pozwala prognozować moment wymiany na podstawie tempa zużycia.

Kwestia ekonomiczna

Koszt wymiany iskiernika jest nieporównywalnie mniejszy niż koszt naprawy lub wymiany transformatora po uszkodzeniu spowodowanym brakiem ochrony przepięciowej.

Lepiej wymienić element profilaktycznie, niż ryzykować awarię, której koszty będą wielokrotnie wyższe.

Zalecany moment wymiany w praktyce

• Natychmiast – w przypadku uszkodzeń mechanicznych, widocznych pęknięć lub trwałych osadów przewodzących.

• Przy najbliższym planowym przestoju – jeśli odstęp elektrod lub rezystancja izolacji są bliskie granicznych wartości.

• Profilaktycznie co kilka lat – w środowiskach o wysokim ryzyku przepięć i silnym zanieczyszczeniu, nawet jeśli iskiernik wygląda na sprawny.

  ---

9. Znaczenie edukacji operatorów – inwestycja w ludzi, która się zwraca

Każdy, kto choć raz był w środku prefabrykowanej stacji transformatorowej podczas przeglądu, wie, że praca operatora czy serwisanta to nie jest zajęcie zza biurka. To czasem wejście w ciasne pomieszczenie w upale, mrozie albo po burzy, z latarką w ręku i pełną koncentracją na szczegółach, które dla niewprawnego oka są niewidoczne.

Dlatego w Energeks patrzymy na edukację operatorów nie jak na „koszt szkoleń”, ale jak na strategiczną inwestycję w bezpieczeństwo, niezawodność i spokój pracy całej instalacji.

1. Dlaczego wiedza ma znaczenie

Wiedza to narzędzie, które pozwala:

• odróżnić normalny ślad pracy iskiernika od oznaki awarii,

• podjąć decyzję o czyszczeniu lub wymianie bez niepotrzebnego przestoju,

• prowadzić rzetelną dokumentację stanu urządzeń.

Operator, który rozumie, jak i dlaczego iskiernik wygląda tak, a nie inaczej, potrafi zadziałać pewnie i skutecznie – bez zgadywania i bez nadmiernej ostrożności, która blokuje pracę.

2. Efekt łańcuchowy dobrej edukacji

Przeszkolony zespół utrzymania ruchu:

• szybciej wykrywa realne zagrożenia,

• unika kosztownych wymian „na wszelki wypadek”,

• dba o urządzenia tak, aby działały na pełnej sprawności przez długie lata.

To trochę jak w dobrym warsztacie samochodowym – mechanik, który zna specyfikę danej marki, wie, kiedy hałas to normalna praca silnika, a kiedy sygnał awarii. Dzięki temu unika się zbędnych napraw i wydatków.

3. Szacunek dla ludzi pracy

Nie ma ochrony przepięciowej bez tych, którzy codziennie ją kontrolują. Najlepszy projekt i najdroższy transformator nie będą bezpieczne, jeśli obsługa nie będzie miała kompetencji, czasu i narzędzi, by o nie zadbać.

Ludzie są pierwszą linią ochrony. Iskiernik jest drugą.

Doceniamy codzienny wysiłek operatorów i serwisantów – bo wiemy, że ich czujność i doświadczenie często powstrzymują problemy, zanim zdążą się pojawić.

4. Wartość edukacji dla inwestora

Z perspektywy właściciela czy inwestora szkolenie zespołu to:

• mniejsze ryzyko awarii i przestojów,

• niższe koszty eksploatacji w długim okresie,

• większa pewność, że infrastruktura pracuje w zgodzie z normami i zaleceniami producentów.

5. Nasze podejście

Podczas szkoleń staramy się łączyć teorię z praktyką, pokazywać elementy w różnych stanach, tłumaczyć zjawiska w przystępny sposób i odpowiadać na wszystkie pytania – bez względu na to, jak proste mogą się wydawać.

Bo dla nas edukacja to nie jest wykład – to rozmowa, wymiana doświadczeń i wspólne budowanie kompetencji, które potem przekładają się na realną wartość w codziennej pracy

10. Przyszłość ochrony przepięciowej – technologia i ludzie w jednej drużynie

Ochrona przepięciowa, której częścią jest iskiernik, to technologia, która łączy w sobie inżynierską precyzję i ludzką czujność. Rozwija się razem z sieciami energetycznymi, odpowiada na wyzwania nowych źródeł odnawialnych, pracy w środowiskach o coraz większej zmienności i konieczności zapewnienia ciągłości zasilania w świecie, który nie znosi przerw.

W nowoczesnych stacjach SN iskierniki będą coraz częściej pracować w układach hybrydowych z warystorami MOV, w systemach monitorujących liczbę i parametry zadziałań, w obudowach odpornych na zasolenie, wilgoć i pył przemysłowy.

Jeżeli właśnie projektujesz nową stację transformatorową, planujesz modernizację sieci lub przygotowujesz się do audytu zgodności – jesteśmy po to, by Ci pomóc. Zajrzyj do strefy kontaktu, jeśli potrzebujesz wsparcia przy doborze, serwisie lub dokumentacji systemów ochrony przepięciowej.

Pomagamy dobrać, przetestować, sprawdzić i przygotować dokumentację tak, aby Twoje urządzenia działały bez zakłóceń – dziś, za 5 lat i w warunkach, których jeszcze nie przewidziano.

Sprawdź naszą ofertę transformatorów średniego napięcia – znajdziesz tam modele zgodne z PN-EN 60076, dostępne od ręki, z kompletem badań rutynowych i opcją testów specjalnych.

Zapraszamy do społeczności Energeks na LinkedIn.
Dzielimy się wiedzą nie po to, by świecić, ale po to, by sieć działała pewnie.

Dziękujemy, że przeczytałeś ten tekst do końca.
Mamy nadzieję, że stał się on nie tylko źródłem wiedzy, ale też inspiracją do zadawania bardziej precyzyjnych pytań – bo to one są paliwem każdej innowacji..

A skoro dziś, 14 sierpnia, obchodzimy w Polsce Dzień Energetyka 2025, to tym bardziej warto spojrzeć na iskierniki w transformatorach SN nie jak na problem, ale jak na źródło wiedzy o tym, że instalacja działa tak, jak powinna ;-)

Źródła:

IEEE Xplore – “Spark Gap Devices for Surge Protection”

CIGRÉ Technical Brochure No. 549 – “Surge Arresters and Spark Gap Technologies”

IEC 60099-4: Surge arresters – Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems –