AKTUALNY STASM TECHNICZNY INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH W BUDYNKACH MIESZKALNYCH I POŻĄDANE ZAKRESY ICH PRZEBUDOWY

Transkrypt

1 PRACE INSTYTUTU TECHNIKI BUDOWLANEJ - KWARTALNIK nr 4 (112) 1999 BUILDING RESEARCH INSTITUTE - QUARTERLY No 4 (112) 1999 Henryk Markiewicz* AKTUALNY STASM TECHNICZNY INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH W BUDYNKACH MIESZKALNYCH I POŻĄDANE ZAKRESY ICH PRZEBUDOWY W artykule przedstawiono stan techniczny Instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych oraz w gospodarstwach wiejskich oddanych do użytku w latach Wykazano, że wykonano je w sposób bardzo oszczędnościowy, nie spełniający podstawowych warunków bezpiecznego użytkowania i warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać współczesne instalacje elektryczne, ustalonych przez obowiązujące obecnie normy i przepisy. Instalacje elektryczne w tych budynkach powinny być w możliwie nieodległym czasie wymienione na nowe lub gruntownie zmodernizowane. Jest to przedsięwzięcie trudne technicznie i bardzo kosztowne ze względu na fakt, że dotyczy to wielu milionów mieszkań. 1. Wyjaśnienia ogólne Stan techniczny instalacji elektrycznych w większości obiektów budowlanych w Polsce jest obecnie co najmniej niezadowalający. Zdecydowały o tym zarządzenia i rozporządzenia różnych ministrów [1], które stały się przepisami budowy urządzeń elektrycznych, obowiązującymi przez całe dziesięciolecia, w których zalecano, a nawet wymuszano bardzo oszczędnościowe wykonywanie instalacji. Do najbardziej błędnych decyzji, o bardzo dużych negatywnych konsekwencjach, wielokrotnie tragicznych, zaliczyć należy następujące ustalenia: - zalecenie wykonywania instalacji w układzie TN-C, ze wspólnym przewodem ochronno-neutralnym PEN, również w obwodach odbiorczych, - zalecenie łączenia - w celu ochrony przeciwporażeniowej - zacisku ochronnego odbiornika z jego zaciskiem zerowym za pomocą przewodu lub mostka; wprowadzanie z zewnątrz osobnego przewodu zerującego jest wtedy zbędne", - zalecenie wykonywania instalacji z zastosowaniem przewodów aluminiowych, - dopuszczenie (zalecenia) stosowania przewodów aluminiowych o przekroju 1,5 mm 2, - brak wymagania zapewniającego stosowanie połączeń wyrównawczych w budynkach, - brak wymagania zapewniającego stosowanie i wykorzystywanie uziomów fundamentowych, - ustalenie zbyt małych wartości mocy obliczeniowych na pojedyncze mieszkanie i zbyt * prof. dr hab. inż., Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej 52

2 małych współczynników jednoczesności: 4 kw na mieszkanie wieloizbowe i 2 kw na mieszkanie jednoizbowe zgazyfikowane o ogrzewaniu innym niż elektryczne. Do tych i podobnych innych ustaleń zawartych w przepisach dostroili się projektanci instalacji elektrycznych, specjalizując się w bardzo oszczędnościowym czy wręcz siermiężnym projektowaniu instalacji, nie wykorzystując nawet tych możliwości, jakie kryły się w niektórych przepisach, aby zaprojektować instalacje w sposób chociaż zbliżony do tego, w jaki były wykonywane w tym czasie instalacje w innych krajach. Największym błędem było nawet nie to, że ustalenia dotyczące zasad wykonywania instalacji elektrycznych zostały kiedyś tak sformułowane, lecz to, że przetrwały w niezmienionej postaci przez całe dziesięciolecia, pomimo zaszłych w międzyczasie zmian w stanie wiedzy i techniki. Podejmowane kilkakrotnie próby unowocześnienia przepisów, przeważnie przez te same mało kompetentne zespoły autorskie, okazały się nieudane. I kiedy inne kraje wykonywały nowe instalacje i modernizowały już istniejące zgodnie z nowymi wymaganiami technicznymi, wynikającymi z aktualnego stanu wiedzy i techniki, my powiększaliśmy liczbę instalacji nie odpowiadających współczesnym standardom. 2. Stan techniczny instalacji elektrycznych w budynkach o przeznaczeniu nieprzemysłowym 2.1. Niektóre zasady wykonywania instalacji w przeszłości Konsekwentne stosowanie zapóźnionych o całe dziesięciolecia wymagań przepisów budowy urządzeń elektrycznych spowodowało, że instalacje elektryczne w budynkach oddanych do użytku do lat nie spełniają różnorodnych wymagań technicznych stawianych współczesnym instalacjom, w tym głównie wymagań dotyczących bezpieczeństwa porażeniowego i pożarowego [2], [3], [7], Instalacje elektryczne w Polsce w znacznej części są wykonane z zastosowaniem przewodów o żyłach aluminiowych w układzie TN-C, ze wspólnym przewodem ochronno-neutralnym PEN, o przekrojach żył zbyt małych w stosunku do występujących obecnie obciążeń, o zbyt małej liczbie obwodów (rys. 1) i niewystarczającym wyposażeniu w u- rządzenia zabezpieczające, gniazda wtyczkowe, wypusty oświetleniowe, łączniki itp. Wymaganie wykonywania instalacji elektrycznych z zastosowaniem przewodów aluminiowych wynikało z nieco niższych kosztów budowy takich instalacji w porównaniu z rozwiązaniami z zastosowaniem przewodów miedzianych. Argument ten, bez uwzględnienia innych, uznano za decydujący. Niedoskonałość przewodów aluminiowych stosowanych w instalacjach nie wynika z gorszych właściwości elektrycznych aluminium aniżeli miedzi, bo to można łatwo skorygować przez zastosowanie przewodów o większych przekrojach żył, lecz ze zdecydowanie gorszych właściwości mechanicznych aluminium. Objawia się to między innymi małą sprężystością aluminium oraz plastycznością, powodującą trwałe odkształcenie żył przewodów poddanych długotrwałemu działaniu sił ściskających w zestykach stałych. Konsekwencją tego jest stopniowe zmniejszanie się sił docisku płaszczyzn stykowych i zwiększenie się rezystancji zestyku, a to z kolei powoduje zwiększone straty 53

3 mocy i energii w zestyku oraz nadmierny przyrost temperatury w czasie przepływu prądu elektrycznego. Zachodzi dalsze zwiększanie rezystancji zestyku i nagrzewanie, aż do zwęglania się izolacji, upalania przewodu i zniszczenia zestyku. W niekorzystnych warunkach może to powodować zapalenie się izolacji. Jeżeli upalenie dotyczy przewodu ochronno-neutralnego PEN, to prawie zawsze powoduje to wystąpienie warunków bardzo niebezpiecznych pod względem porażeniowym (rys. 2). W konsekwencji należy stwierdzić, że instalacje elektryczne wykonane z zastosowaniem przewodów miedzianych są bardziej niezawodne i zapewniające ich użytkownikom znacznie większe bezpieczeństwo porażeniowe i pożarowe oraz wyższą jakość dostarczanej energii, aniżeli wykonane przy zastosowaniu przewodów aluminiowych. Na rysunku 3 przedstawiono zależność mocy obliczeniowych od liczby mieszkań wieloizbowych w budynkach z centralnym ogrzewaniem, przyjmowanych w ustaleniach wymaganych obciążalności prądowych przewodów wewnętrznych linii zasilających (wiz) według przepisów polskich i niemieckich. Z porównania wynika, że moce obliczeniowe według przepisów i zaleceń polskich, zarówno tych starszych jak i aktualnych, są ponad dwukrotnie mniejsze, aniżeli wynika to z norm niemieckich, szczególnie w odniesieniu do budynków i wlz zasilających umiarkowaną liczbę mieszkań. Zapewne nie bez znaczenia w tych ustaleniach są mało porównywalne powierzchnie mieszkań, określonych tu jako wieloizbowe w obydwu krajach. Rys. 1. Szkic schematu instalacji elektrycznej w przeciętnym mieszkaniu w budynku wielorodzinnym 54

4 Niezależnie od przyjętych założeń, będących podstawą takich decyzji, można stwierdzić, że przekroje i obciążalności prądowe przewodów wiz w zdecydowanej większości budynków wybudowanych do roku 1995 są często już teraz niewystarczające ze względu naznaczenie bogatsze aktualne wyposażenie mieszkań w urządzenia elektryczne, niż to miało miejsce w przeszłości, bez możliwości zainstalowania nowych odbiorników o większych mocach znamionowych, takich jak kuchenki elektryczne czy elektryczne podgrzewacze wody. Konsekwencją tego zjawiska może być nadmierny przyrost temperatury żył, co przy zazwyczaj mało skutecznych zabezpieczeniach przeciążeniowych w postaci bezpieczników może powodować szybkie zużywanie się oraz uszkodzenie izolacji przewodów, co z kolei w niesprzyjających okolicznościach może spowodować nawet wybuch pożaru. 55

5 Zbyt małe przekroje przewodów wlz są również przyczyną dużych strat energii i pogorszenia się jej jakości, między innymi na skutek nadmiernych spadków napięcia oraz mogącej wystąpić asymetrii napięć w układzie trójfazowym. Może się to zdarzyć nawet przy prawie równomiernym obciążeniu poszczególnych faz i jest powodowane użytkowaniem odbiorników o nieliniowych charakterystykach prądowo-napięciowych (urządzeń bezprzerwowego zasilania, odbiorników z silnikami o regulowanej prędkości kątowej, sterowanych prostowników itp.), wymuszających przepływ prądów wyższych harmonicznych przewodem neutralnym. Już obecnie w pewnych przypadkach wartości prądów wyższych harmonicznych przepływających przewodem neutralnym są zbliżone, a nawet większe od prądów przepływających przewodami fazowymi. Zastosowanie przewodów o większych przekrojach żył bardzo skutecznie łagodzi te wszystkie negatywne skutki. Przepisy [3] dopuszczały stosowanie przewodów wiz o przekrojach żył miedzianych 2,5 mm 2 przy zasilaniu dwóch instalacji odbiorczych i 4 mm 2 przy zasilaniu trzech i więcej instalacji odbiorczych oraz odpowiednio 4 mm 2 i 6 mm 2 - aluminiowych. Normy niemieckie nie dopuszczają stosowania przewodów wlz o przekrojach żył miedzianych mniejszych niż 10 mm 2. 56

6 Obecnie można stwierdzić, że przewody wlz w znacznej części budynków mieszkalnych wielorodzinnych kwalifikują się do wymiany na przewody o obciążalności około dwukrotnie większej. Poprawi się przez to bezpieczeństwo pożarowe i porażeniowe, mniejsze będą straty energii i ulegnie poprawie jakość dostarczanej energii. Mieszkańcy bloków" uzyskają możliwość rezygnacji z użytkowania kuchenek gazowych oraz gazowych podgrzewaczy wody na rzecz bardziej bezpiecznych i komfortowych urządzeń elektrycznych. Możliwość ta jest bardzo ważna w przypadku konieczności wymiany już wyeksploatowanych urządzeń gazowych. Szczegółowe ustalenia dotyczące obciążalności przewodów wlz w konkretnych budynkach powinny być dokonane na podstawie dokładnej analizy przewidywanego zapotrzebowania na moc elektryczną w poszczególnych typowych mieszkaniach, z uwzględnieniem możliwości, że nie we wszystkich mieszkaniach w bloku muszą być zainstalowane obligatoryjnie urządzenia grzewcze gazowe. Stan instalacji elektrycznych odbiorczych w budynkach mieszkalnych jest co najmniej równie niezadowalający jak wewnętrznych linii zasilających. W instalacjach elektrycznych odbiorczych przez całe dziesięciolecia dość powszechnie stosowano - zgodnie z obowiązującymi wówczas przepisami - przewody o żyłach aluminiowych, również o przekroju 1,5 mm 2, bardzo podatnych na uszkodzenia mechaniczne i upalenie, szczególnie w zestykach stałych w puszkach rozgałęzionych i gniazdach wytyczkowych. Spowodowało to - razem ze stosowanym powszechnie zerowaniem (wyłączeniem zasilania przez zabezpieczenia przetężeniowe) jako środkiem ochrony przeciwporażeniowej w układzie TN-C, ze wspólnym przewodem ochronno-neutralnym - występowanie zwiększonego zagrożenia porażeniowego wynikającego w dużym stopniu z tego, że przy istnieniu odbiorników jednofazowych, przy braku ciągłości przewodu ochronno- -neutralnego PEN napięcie fazowe poprzez impedancję nieuszkodzonego odbiornika i przewód PEN w części za uszkodzeniem zostaje podane na obudowy wszystkich odbiorników przyłączonych do przewodu PEN (rys. 2). Przy uchwyceniu, a nawet dotknięciu przez człowieka tych całkowicie sprawnych technicznie urządzeń popłynie prąd rażeniowy, ograniczony praktycznie jedynie impedancją ciała człowieka, z reguły o wartości przekraczającej prądy wywołujące skutki śmiertelne. Inną bardzo często występującą przyczyną wypadków porażenia elektrycznego są niefachowo wykonane naprawy instalacji, podczas których dochodzi do zmiany jednego z przewodów fazowych i ochronno-neutralnego, głównie w obwodach gniazd wtyczkowych. Powoduje to, że przy sprawnym urządzeniu elektrycznym, przy próbie jego załączenia, zostaje podane pełne napięcie fazowe na obudowę urządzenia (rys. 4b). Podobne w skutkach zdarzenie występuje również przy zamianie przewodów we wtyczce (rys. 4c). Prąd, jaki popłynie przy załączeniu urządzenia, jest zbyt mały, aby spowodować zadziałanie zabezpieczeń zwarciowych, lecz jest wystarczająco duży, aby spowodować nawet śmiertelne porażenie człowieka, który takie urządzenie uchwyci ręką, a nawet się go dotknie. Konieczność dokonywania stosunkowo częstych napraw instalacji, związanych z u- palaniem lub ułamaniem końcówek przewodów, występuje w instalacjach wykonanych z zastosowaniem przewodów aluminiowych o przekroju 1,5 mm 2 i tam też dochodzi stosunkowo często do tragicznych niekiedy pomyłek. 57

7 Rys. 4. Przykłady występowania szczególnego zagrożenia porażeniowego w instalacji typu TN-C powodowane zmianą przewodów w gnieździe wtyczkowym (b) oraz we wtyczce (c); a - stan przed zamianą przewodów 2.2. Wyniki badania W celu ustalenia rzeczywistego stanu technicznego instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych wznoszonych metodami uprzemysłowionymi w latach siedemdziesiątych, wykonano odpowiednie badanie w budynkach jednej ze spółdzielni mieszkaniowych we Wrocławiu [6], Podobne budynki, realizowane według projektów typowych i o podobnym sposobie wykonania instalacji elektrycznych, występują praktycznie we wszystkich miastach Polski. Badania obejmowały oględziny rozdzielnic, wewnętrznych linii zasilających i instalacji odbiorczych oraz: - pomiary wartości skutecznych prądów, napięć i mocy, - rejestrację przebiegów prądów, napięć i mocy, - analizę wyższych harmonicznych w prądzie i napięciu, - pomiar wartości średnich oraz największych prądów i mocy w wybranym przedziale czasowym, przeważnie 1-5 minut. Pomiary wielkości elektrycznych wykonano przyrządem FLUKE 41B, wyświetlającym i zapamiętywującym wyniki pomiarów oraz umożliwiającym ich dalszą obróbkę komputerową. Przeprowadzone oględziny pozwoliły na ustalenie, że w budynkach wielokondygnacyjnych wzniesionych do roku 1977 wewnętrzne linie zasilające zostały wykonane za pomocą przewodów 3xADY10 + ADY6, a w budynku 5-kondygnacyjnym również stosując przewody ADY6. W instalacjach projektowanych po roku 1997 przekroje przewodów wiz były już z reguły większe, 4 x ALY16, a nawet 4 x ALY25. 58

8 Przewody wlz - według projektów Instalacji - powinny być zabezpieczone bezpiecznikami o prądach znamionowych: - 35A w budynkach 11-kondygnacyjnych, - 25A w budynkach 5-kondygnacyjnych. Były jednak przypadki stosowania wkładek bezpiecznikowych o prądach znamionowych nawet 63A, co uzyskano przez usunięcie wstawek kalibrowanych w gniazdach bezpiecznikowych. Wkładki bezpiecznikowe 25A były niekiedy uzupełnione dodatkowym przewodem. Obwody odbiorcze w mieszkaniach są wykonane przeważnie z zastosowaniem przewodów aluminiowych o przekroju 1,5 mm 2, a jedynie w niektórych budynkach w obwodach gniazd wtyczkowych stosowano również przewody o przekroju 2,5 mm 2. Zabezpieczenia przetężeniowe obwodów odbiorczych oświetleniowych wykonano przeważnie za pomocą bezpieczników 6A, a obwodów gniazd wtyczkowych - 10A. Ochrona przeciwporażeniowa przed dotykiem pośrednim (dodatkowa) to zerowanie ze wspólnym przewodem ochronno-neutralnym (PEN). Pomiary obciążenia (prądów i mocy) wewnętrznych linii zasilających i obwodów odbiorczych wykonano w godzinach popołudniowych i wieczornych w okresie maj - czerwiec oraz w listopadzie 1998 r. Wbrew oczekiwaniom, zmierzone wartości prądów wewnętrznych linii zasilających nie przekraczały obciążalności przewodów. Również średnie moce obciążenia poszczególnych mieszkań były umiarkowane, rzędu 400 W. Włączenie jednak nawet jednego większego odbiornika, na przykład pralki, grzejnika czy kuchenki elektrycznej zmieniało skokowo obciążenie do 3000 i więcej watów. Stan względnie umiarkowanego obciążenia zarówno wiz jak i obwodów odbiorczych trudno uznać za naturalny i normalny. Rozmowy przeprowadzone z mieszkańcami i ankietyzacja wykazały, że niemal połowa mieszkańców ma świadomość istniejących ograniczeń i niemożliwości jednoczesnego korzystania z kilku odbiorników o większej mocy, powoduje to bowiem działanie bezpieczników. Z tego powodu w niektórych mieszkaniach stwierdzano wymianę wkładek bezpiecznikowych 6 i 10A na większe, przeważnie 16A, a w zabezpieczeniach przedlicznikowych na 20 i 25A. Praktyki takie powodują niewłaściwe działanie zabezpieczeń. Nie chronią one przewodów przed skutkami i działają nieselektywnie. Podczas oględzin tablic rozdzielczych i gniazd bezpiecznikowych głównych budynków stwierdzono w niektórych z nich nadpalenie elementów izolacyjnych oraz ślady intensywnego przegrzania zestyków stałych oraz przewodów (odbarwienie i kruchość izolacji). Świadczy to o tym, że w przeszłości występowały przypadki znacznego przeciążenia instalacji. Można przypuszczać, że działo się to głównie wiosną i jesienią, gdy w naszym klimacie następuje dość często znacznie obniżenie temperatury zewnętrznej, a nie działa jeszcze lub już zostało wyłączone centralne ogrzewanie mieszkań. W takich warunkach większość mieszkańców - prawie jednocześnie - używa grzejników elektrycznych o dość znacznym poborze mocy. Z wizji lokalnej i rozmów z mieszkańcami bloków wynika również, że znaczna część instalacji odbiorczych została poddana różnym uzupełnieniom i próbkom, wykonanym nie zawsze w sposób poprawny, na przykład przez zainstalowanie w łazience dodatko- 59

9 wego gniazda wtyczkowego bez styku ochronnego. Stwierdzono również uzupełnienia instalacji o dodatkowe obwody lub nawet całkowitą wymianę instalacji. Znaczna część mieszkańców bloków (tablica 1), w większości ludzi starszych i o względnie skromnym statusie materialnym, nie wyrażała zastrzeżeń związanych z funkcjonowaniem instalacji elektrycznej. Można to tłumaczyć zarówno brakiem świadomości tego, jakimi właściwościami powinny charakteryzować się współczesne instalacje elektryczne, jak również często skromnym wyposażeniem mieszkań w urządzenia elektryczne, według standardów sprzed dwudziestu lat. Tablica 1. Zestawienie wyników ankiety na temat stanu instalacji w mieszkaniach Pytanie Odpowiedź tak" Czy istnieją zastrzeżenia odnośnie do funkcjonowania instalacji elektrycznej? 57% Czy istnieją ograniczenia odnośnie do równoczesnego włączania określonych odbiorników spowodowane działaniem zabezpieczeń? 45% Czy w mieszkaniu poza odbiornikami standardowymi" (pralką, żelazkiem) są inne, nowoczesne odbiorniki o większej mocy? 33% Czy dokonywano w mieszkaniu przeróbek lub modernizacji instalacji? 24% Czy instalację elektryczną w mieszkaniu należałoby wymienić? 51% Jakość energii elektrycznej dostarczanej odbiorcom jest określona głównie za pomocą wartości skutecznej i stałości napięcia oraz zawartości wyższych harmonicznych w prądzie i napięciu, określonych wartościami współczynników (total harmonic distorsion) dla prądu oraz napięcia określonych za pomocą zależności (1) (2) w których: - wartości skuteczne harmonicznej prądu oraz napięcia - wartość skuteczna pierwszej harmonicznej prądu oraz napięcia - wartość skuteczna prądu pobieranego ze źródła, - reaktancja źródła zasilania. Stosowany w badaniach przyrząd FLUKE 41B wyznaczał wartości współczynników określonych za pomocą zależności (1) i (2) oraz współczynników w których udział wyższych harmonicznych jest odnoszony nie do pierwszej harmonicznej, lecz do wartości skutecznej prądu lub napięcia.

10 Dopuszczalne wartości współczynników odkształcenia napięcia w przypadku odbiorników zasilanych z sieci niskiego napięcia wynoszą [4] 3% dla obiektów specjalnych (szpitale, lotniska itp.) oraz 5% dla obiektów ogólnych (zakłady przemysłowe, budynki mieszkalne). Ponadto norma [5] określa wymagania odnośnie do dopuszczalnych wartości procentowych poszczególnych harmonicznych napięcia zasilającego oraz prądu wprowadzanych do sieci przez określone odbiorniki. Przeprowadzone badania, obejmujące 4 budynki 11 -kondygnacyjne oraz 4 budynki 5-kondygnacyjne, wieloklatkowe, łącznie z 55 wewnętrznymi liniami zasilającymi, wykazały że: napięcia, zmierzone na początku linii (przy zabezpieczeniach), zwierały się w przedziale wartości woltów, 61

11 wartości współczynników odkształcenia prądu przewodów fazowych zawierały się w przedziale od 4 do 66%, a przewodów ochronno-neutralnych od 16 do 79%, przy czym wartości większe współczynników występowały przy niewielkich wartościach prądu - rzędu pojedynczych amperów; wartości skuteczne trzeciej i piątej harmonicznej w przewodach PEN przekraczały często prąd harmonicznej podstawowej (rys. 5), natężenia prądów przepływających przez przewody ochronno-neutralne są porównywalne z prądami przewodów fazowych; powodem tego jest w części niewyrównane obciążenie poszczególnych faz oraz znaczny udział wyższych harmonicznych prądu, wartości współczynników odkształcenia napięcia w większości linii zawierały się w granicach 2,06-3,66%, lecz w 6 przypadkach na 55 przekraczały 5%, osiągając wartości 7,00-7,10%. 3. Niektóre podstawowe wymagania dotyczące współczesnych instalacji elektrycznych Instalacje elektryczne powinny być wykonywane z zastosowaniem przewodów miedzianych w układzie TN-S lub TN-C-S, pięcioprzewodowym w części trójfazowej i trójprzewowodym w części jednofazowej, aby można było stosować między innymi wyłączniki różnicowoprądądowe, o obciążalności prądowej odpowiedniej do występujących obciążeń nie tylko w chwili budowy czy przebudowy instalacji, lecz również tych, jakie mogą wystąpić w perspektywie około trzydziestu lat. Na taki co najmniej okres należy bowiem planować eksploatację instalacji elektrycznych - poza instalacjami przemysłowymi - bez konieczności ich wymiany czy nawet gruntownej modernizacji. Jeżeli brakuje tej wiedzy i wizji, to często już wkrótce po wykonaniu instalacji występują różne ograniczenia utrudniające jej właściwe użytkowanie, a po kilku latach zachodzi konieczność jej modernizacji, aż do wymiany włącznie, lub zgody na niekiedy dość znaczne uciążliwości. Zastosowanie przewodów miedzianych do wewnętrznych linii zasilających o przekrojach żył i obciążalności prądowej większych aniżeli jest to bezwzględnie konieczne w chwili budowy instalacji: poprawia jakość energii elektrycznej dostarczanej odbiorcom przez zmniejszenie odchyleń napięcia od wartości znamionowej i ograniczenie negatywnych skutków występowania prądów wyższych harmonicznych, zwiększa bezpieczeństwo porażeniowe i pożarowe oraz trwałość i niezawodność działania instalacji, zmniejsza straty energii w przewodach zasilających, zwiększa sprawność działania odbiorników, umożliwia korzystanie bez ograniczeń, teraz i w przyszłości, z odbiorników elektrycznych, jakie użytkownik uzna za stosowane posiadać. Instalacje elektryczne odbiorcze powinny być wykonane w taki sposób, aby była zachowana możliwość korzystania ze wszystkich odbiorników, w tym ręcznych i przenośnych, bez konieczności stosowania wtyczek rozgałęzionych i przedłużaczy z gnia- 62

12 darni wtyczkowymi, w sposób całkowicie bezpieczny pod każdym względem. Aby mogło to być spełnione, instalacje powinny być zaprojektowane i wykonane (rys. 6) - z odpowiednio dużą liczbą: obwodów odb w mieszkaniach o powierzchni m 2, obwodów wydzielonych dla określonych odbiorników, obwodów trójfazowych przeznaczonych do zasilania kuchenki elektrycznej i przepływowego podgrzewacza wody oraz obwodów jednofazowych do zasilania pralki, zmywarki naczyń, suszarki bielizny, nawet jeśli w chwili oddawania budynku do eksploatacji nie przewiduje się zainstalowania tych wszystkich urządzeń, gniazd wtyczkowych w każdym pomieszczeniu, od 3 do 5 w pokojach oraz 7-9 w kuchni, w zależności od wielkości tych pomieszczeń, a także 2-3 wypustów oświetleniowych w dużych pokojach i kuchni, aby można było zapewnić właściwe oświetlenie oraz pożądany wystrój tych pomieszczeń przez zastosowanie odpowiednich opraw oświetleniowych; - z zastosowaniem: wyłączników instalacyjnych w obwodach odbiorczych jako zabezpieczeń przetężen i owych, wyłączników różnicowoprądowych jako zabezpieczeń przeciwporażeniowych, w szczególności w obwodach gniazd wtyczkowych oraz obwodach zasilających pomieszczenia o zwiększonym zagrożeniu porażeniowym, takich jak łazienki, pomieszczenia gospodarcze, warsztaty podręczne, garaże itp., połączeń wyrównawczych głównych i miejscowych w pomieszczeniach, w których występują instalacje elektryczne oraz inne uziemione instalacje i konstrukcje metalowe, ograniczników przepięć pniowej) - tam gdzie jest to zasadne. POŻĄDANE ZAKRESY PRZEBUDOWY INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH W normie PN-91/E [3] oraz rozporządzeniu [7] podano warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać instalacje elektryczne. W obiektach nowych i gruntownie modernizowanych, oddanych do użytku w latach dziewięćdziesiątych, ustalenia te są przeważnie spełnione, co zresztą było warunkiem odbioru technicznego obiektów. Dotychczas jednak żaden ustawodawca nie miał odwagi ustalić, w jakim czasie powinny być przeprowadzone prace modernizacyjne istniejących już instalacji w setkach tysięcy budynków i milionach mieszkań nie spełniających obowiązujących obecnie wymagań zawartych w normach i rozporządzeniach. Decyzja taka powinna być podjęta możliwie jak naprędzej. W moim przekonaniu okres kadencji będzie zapewne długi, dziesięć czy nawet piętnaście lat, choć powinien być możliwie jak najkrótszy, bowiem do czasu dokonania modernizacji wszystkich instalacji będziemy corocznie płacili haracz w postaci około 200 wypadków śmiertelnych, które nie zaistniałyby przy zadowalającym stanie instalacji. Należy się jednak liczyć z dużymi kosztami realizacji przedsięwzięcia polegającego na przystosowaniu wszystkich instalacji do aktualnie obowiązujących norm, wynoszącymi wiele miliardów nowych złotych. Koszty te oraz ograniczone możliwości firm zdolnych do wykonania takich prac wymuszają wydłużenie tego okresu. 63

13 Tragiczne wypadki i wydatki finansowe to jest cena, jaką musimy obecnie płacić za groszowe oszczędności z przeszłości, za brak wiedzy i wyobraźni ustawodawców oraz osób i instytucji odpowiedzialnych za zaistniałą sytuację. Instalacje elektryczne w budynkach liczących więcej niż 30 lat, dotychczas niemodernizowane, powinny być z reguły wymienione na nowe. Instalacje w budynkach z lat , jeżeli nie zostały wykonane z zastosowaniem przewodów aluminiowych o przekroju 1,5 mm 2, mogą być jedynie modernizowane w stopniu zależnym od ich stanu technicznego. W każdym przypadku prace te powinny być przeprowadzone w zakresie i w sposób: - zapewniający pożądane bezpieczeństwo porażeniowe, - zmniejszający zagrożenie pożarowe, - zwiększający komfort użytkowania urządzeń elektrycznych, - zabezpieczający sprzęt elektroniczny przed zniszczeniem powodowanym przepięciami. 64

14 Aby można było spełnić założone cele, konieczna jest w zdecydowanej większości przypadków przebudowa instalacji z układu TN-C na TN-C-S z oddzielnym przewodem ochronnym PE, a zatem na pięcioprzewodową w części trójfazowej oraz trójprzewodową w części jednofazowej. Zakres uzasadnionej modernizacji wewnętrznych linii zasilających (wiz) wykonanych w układzie TN-C zależy od spodziewanego obciążenia szczytowego i obciążalności prądowej przewodów wiz oraz od ich stanu technicznego. Jeżeli obciążalność prądowa przewodów wlz jest wystarczająco duża w porównaniu z obciążeniem szczytowym, ich stan techniczny jest zadowalająco dobry, a przekroje żył przewodów są nie mniejsze niż 10 mm 2 Cu lub 16 mm 2 Al, to w tej części instalacji może być zachowany nadal układ TN-C (rys. 7a). Układ TN-C-S obejmuje wtedy jedynie obwody odbiorcze i tam można stosować - bez ograniczeń - również wyłączniki różnicowo-prądowe. 65

15 Układ taki jak na rysunku 6a nie powinien być stosowany w budynkach, w których są zainstalowane urządzenia wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne (komputery, precyzyjna aparatura diagnostyczna, pomiarowa i inna podobna) lub urządzenia, które są źródłem prądów wyższych harmonicznych przepływających przewodami neutralnymi N, a przy braku takich przewodów przewodami ochronno-neturalnymi PEN. Bardziej racjonalne jest jednak uzupełnienie wiz o dodatkowy przewód ochronny PE przez rozdzielenie - w złączu - przewodu PEN na dwa oddzielne N i PE (rys. 7a, 8a). Obwody elektryczne odbiorcze - niezależnie od układu sieci i sposobu wykonania wewnętrznej linii zasilającej - powinny być wykonane w układzie TN-S lub TN-C-S, a to oznacza, że w większości naszych instalacji konieczne będzie uzupełnienie tych obwodów o dodatkowy przewód ochronny PE. Obwody odbiorcze powinny być wyposażone w wyłączniki instalacyjne jako zabezpieczenie przed skutkami przetężeń. 66

16 Rys. 9. Przykład wykonania połączenia wyrównawczego głównego w piwnicy oraz miejscowego w łazience na kolejnym piętrze Innym bardzo skutecznym sposobem zwiększenia bezpieczeństwa porażniowego jest zastosowanie połączeń wyrównawczych głównych i miejscowych przez połączenie wszystkich części przewodzących obcych urządzeń, przewodzących uziemionych elementów innych instalacji oraz wszystkich dostępnych elementów metalowych konstrukcyjnych budynku ze sobą, przewodem ochronnym i uziomem (rys. 9). Działanie tego sposobu ochrony polega na tym, że w przypadkach dowolnych uszkodzeń wszystkie te części mają jednakowy potencjał i dotknięcie tych części przez człowieka nie wywołuje przepływu prądu rażeniowego. Należy się liczyć z tym, że takie uzupełnienie instalacji może nie być łatwe do przeprowadzenia, szczególnie w instalacjach wykonanych za pomocą przewodów wtynkowych. Trzeba wtedy wykonać w tynku bruzdy, umożliwiające ułożenie dodatkowego przewodu o żółtozielonej barwie izolacji. Uzupełnienie instalacji o dodatkowy przewód jest stosunkowo łatwe do przeprowadzenia w niektórych instalacjach wykonanych z zastosowaniem listew (kanałów) lub rurek instalacyjnych o przekrojach umożliwiających ułożenie lub wciągnięcie dodatkowego przewodu. W pewnych przypadkach bardziej celowe niż doraźne sztukowanie" instalacji może okazać się ułożenie całkowicie nowej instalacji odbiorczej - w sposób spełniający wszyst- 67

17 kie wymagania techniczne stawiane nowoczesnym instalacjom elektrycznym. Aby uniknąć uciążliwych prac budowlanych, instalacje takie mogą być wykonane przy zastosowaniu estetycznych kanałów (listew) instalacyjnych natynkowych, przy równoczesnym pozostawieniu (w tynku) całych fragmentów instalacji starej. Literatura i dokumenty [1] Przepisy budowy urządzeń elektroenergetycznych (Z6 i Z9). Wyd. WEMA, Warszawa 1980 [2] Markiewicz H.: Ocena stanu technicznego instalacji elektrycznych w obiektach nieprzemysłowych oraz pożądane zakresy ich modernizacji. Elektroinstalator, 3, 1998 [3] PN-/E Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych [4] Tunia H.: Układy magnetyczne do poprawy współczynnika odkształcenia w prostownikach wielopulsowych. Materiały konferencji Bezpieczne urządzenia energoelektroniczne". Warszawa 1998 [5] PN-EN Kompatybilność elektromagnetyczna. Dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych prądu [6] Markiewicz H., Klajn A.: Aktualny stan instalacji elektrycznych w budownictwie mieszkaniowym wielkopłytowym. Materiały Konferencji naukowo-technicznej Modernizacja i remont instalacji elektrycznych", Warszawa 1999 [7] Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z 14 XII 1994 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. DU nr 10 z 18 I11995 r. Praca wpłynęła do Redakcji 2 II