System obudów TS 8 Dokumentacja techniczna Przyłącze przewodu ochronnego Obciążalność prądowa

Transkrypt

1 System obudów TS 8 Dokumentacja techniczna Przyłącze przewodu ochronnego Obciążalność prądowa

2 Spis treści 1. Wskazówki ogólne 1.1 Wstęp Wskazówki dotyczące koncepcji systemu przewodu ochronnego Przepisy i normy 4 2. Punkty podłączenia przewodu ochronnego 2.1 Szafa sterownicza TS Obciążenie prądowe i odporność na zwarcie 3.1 Obciążenie prądowe akcesoriów systemowych Obciążenie prądowe automatycznego styku Dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy linek uziemienia Metody badań i ocena 4.1 Metody badań Uwagi dotyczące oceny 17 2

3 Wskazówki ogólne 1.1 Wstęp Pomimo fachowego zaprojektowania i starannego wykonania rozdzielni, nie da się całkowicie zagwarantować, iż podczas eksploatacji nie dojdzie do niepożądanych zwarć. Muszą zostać wprowadzone odpowiednie środki bezpieczeństwa, które w takich przypadkach będą niezawodnie chronić przed szkodami osobowymi i materialnymi. Dlatego urządzenia elektryczne także obudowy szaf sterowniczych muszą wykazywać się odpowiednią wytrzymałością zwarciową. Muszą one więc przewodzić ewentualne prądy zwarciowe w czasie trwania zwarcia, nie obniżając bezpieczeństwa. Niniejszy dokument dotyczy szczególnie połączeń przewodów ochronnych poprzez wbudowane komponenty mechaniczne rozdzielnic i sterownic. Wytrzymałość zwarciowa zestawu rozdzielnic i sterownic jest miarą odporności na występujące w przypadku zwarcia obciążenia dynamiczne i termiczne. Szczególne znaczenie przy ocenie charakterystyki obudów lub ich części ma obciążenie termiczne. Miarodajna dla oceny dopuszczalnego obciążenia termicznego jest średnia kwadratowa prądu zwarciowego w czasie jego trwania. Z powodu oporu elektrycznego połączenia i elementy, przez które przepływa prąd zwarciowy, wytwarzają ciepło. Połączenia muszą być w stanie wytrzymywać to ciepło. Nie mogą ulec zniszczeniu w takim stopniu, że przestaną pełnić swoje funkcje bezpieczeństwa. Obciążenie zwarciowe zależy głównie od następujących czynników: 1. Czas trwania zwarcia Ograniczenie przez szybko rozłączające urządzenia zabezpieczające jak bezpiecznik topikowy, nowoczesne wyłączniki mocy lub ograniczniki prądu itp. 2. Impedancja pętli zwarcia w sieci Zależy ona od odległości do transformatora i wydajności sieci zasilającej. 3. Typ i wykonanie punktu podłączenia przewodu ochronnego Najczęściej wymagany lub proponowany przez producenta urządzenia. Celem niniejszego dokumentu jest dostarczenie projektantom danych umożliwiających szybkie i rzetelne dokonanie niezbędnych ustaleń w fazie projektowania. Szczegóły zastosowanych metod badań i przeliczania istniejących wartości znajdują się w załączniku. Cytowane w tej broszurze wartości pomiarowe są rezultatem jednorazowego badania. Wartości te podlegają wahaniom, które mogą zależeć zarówno od instalacji testowej, jaki i od przedmiotu badań (obwodu zwarciowego). Dlatego producent rozdzielni powinien uwzględnić odpowiednie marginesy bezpieczeństwa w projekcie. W szczególności nasze parametry musi spełniać technika mocowań. 3

4 1.2 Wskazówki dotyczące koncepcji systemu przewodu ochronnego Z zasady ciągłość połączeń przewodu ochronnego może być zagwarantowana albo za pomocą części konstrukcyjnych, albo poprzez osobny przewód ochronny (EN Pkt ). Dla pokryw, drzwi, płyt zamykających itp., do których nie są przymocowane żadne urządzenia elektryczne, do bezpośredniego połączenia przewodu ochronnego wystarczające są zwykłe połączenia śrubowe i zawiasy z metalu. To dotyczy wszystkich podanych połączeń w szafie systemowej TS (patrz 3.2). Jeżeli do tych części są przymocowane urządzenia lub zachodzi ryzyko przeniesienia potencjału 1) do tych części, to musi zostać starannie podłączony przewód ochronny, którego przekrój jest dopasowany do największego przekroju przewodu zasilającego dane urządzenia. Producent rozdzielnic i sterownic musi zagwarantować, że obwód prądowy przewodu ochronnego jest w stanie wytrzymać najwyższe obciążenia termiczne i dynamiczne występujące w miejscu zainstalowania. 1.3 Przepisy i normy Dla tej tematyki obowiązują następujące normy: DIN VDE ( ) Instalowanie instalacji niskiego napięcia Definicje DIN VDE ( ) Budowa instalacji niskonapięciowych Część 4-41: Środki ochronne DIN VDE ( ) Budowa instalacji niskonapięciowych Dobór i wykonanie urządzeń elektrycznych; uziemienie, przewód ochronny, przewód wyrównania potencjałów EN (VDE 0103 : ) Prądy zwarciowe obliczanie skutków Część 1: Definicje i metody obliczania EN (VDE : ) Wyposażenie elektryczne maszyn EN (VDE : ) Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe; Część 1: Postanowienia ogólne EN (VDE : ) Puste obudowy do rozdzielnic i sterownic niskonapięciowych; Wymagania ogólne 1) Kontakt z aktywnym przewodem o zdefiniowanym przekroju 4

5 2.1 Punkty podłączenia przewodu ochronnego szafa sterownicza TS 8 Stelaż ramowy TS 8 nakrętka klatkowa 1 Końcówka kabla z przewodem ochronnym 2 Podkładka kontaktowa Nakrętka klatkowa M8/ Stelaż ramowy TS 5 Podkładka A8,4 6 Śruba z łbem sześciokątnym M8 Zalecany moment dokręcania Ip = 31,7 ka Ith = 15,9 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 15, A 2 s MA = Nm Stelaż ramowy TS 8 nakrętka wtykana 1 Końcówka kabla z przewodem ochronnym 2 Podkładka kontaktowa Nakrętka klatkowa M8/ Stelaż ramowy TS 5 Podkładka A8,4 6 Śruba z łbem sześciokątnym M8 Zalecany moment dokręcania Ip = 13,5 ka Ith = 8,3 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 3, A 2 s MA = Nm 5

6 2.1 Punkty podłączenia przewodu ochronnego szafa sterownicza TS 8 TS 8 kombinacja PE/PEN 1 Kątownik kombi PE/PEN / Śruba z łbem sześciokątnym M8 3 Podkładka naprężająca A8,4 4 Nakrętka klatkowa M8 5 Podkładka naprężająca A10,5 6 Śruba z łbem sześciokątnym M10 7 Szyna zbiorcza PE/PEN 30 x /325/335/345/365/ x /320/330/340/360/380 Przy łączeniu szaf TS 8 w szereg: 8 Złączka szeregowa /355 9 Nakrętka nasadzana M10 30 x 5 Ip = 36.0 ka Znamionowa krótkotrwała 30 x 10 Ip = 63.0 ka wytrzymałość prądowa: 30 x 5 Icw = 18.0 ka (1 s) 30 x 10 Icw = 30.0 ka (1 s) TS 8 kombinacja PE/PEN 1 Kątownik kombi PE/PEN Śruba z łbem sześciokątnym M8 3 Podkładka naprężająca A8,4 4 Nakrętka klatkowa M8 5 Szyna zbiorcza PE/PEN 9640.XXX/9650.XXX 6 Wpust przesuwny M10/M12 7 Śruba sześciokątna M10/M12 8 Podkładka naprężająca A10,5/A13 Przy łączeniu szaf TS 8 w szereg: 9 Złączka szeregowa / Znamionowa krótkotrwała 9640.XXX Ip = ka 9650.XXX Ip = ka wytrzymałość prądowa: 9640.XXX Icw = 60.0 ka (1 s) 9650.XXX Icw = 60.0 ka (1 s) 6

7 2.1 Punkty podłączenia przewodu ochronnego szafa sterownicza TS 8 TS 8 kombinacja PE/PEN 1 Kątownik kombi PE/PEN Śruba z łbem sześciokątnym M8 3 Podkładka naprężająca A8,4 4 Nakrętka klatkowa M8 5 Szyna zbiorcza PE/PEN /020/030/ /080/100/ /140/160/180 6 Śruba sześciokątna M12 7 Podkładka naprężająca A13 Przy łączeniu szaf TS 8 w szereg: 8 Złączka szeregowa / x 10 Ip = 88.0 ka Znamionowa krótkotrwała 80 x 10 Ip = ka wytrzymałość prądowa: 40 x 10 Icw = 42.0 ka (1 s) 80 x 10 Icw = 60.0 ka (1 s) 7

8 2.1 Punkty podłączenia przewodu ochronnego szafa sterownicza TS 8 Części płaskie TS 8 1 Nakrętka sześciokątna M8 2 Podkładka sprężysta A8 3 Końcówka kabla z przewodem ochronnym 4 Podkładka A8,4 5 Trzpień przyspawany M8 6 Część płaska Zalecany moment dokręcania Ip = 32,6 ka Ith = 16,1 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 16, A 2 s MA = 8 10 Nm Płyta podłogi TS 8 1 Końcówka kabla z przewodem ochronnym 2 Podkładka kontaktowa Podkładka A8,4 4 Podkładka A8,4 5 Stelaż ramowy TS 6 Samoformująca się śruba sześciokątna M8 7 Płyta podłogowa Zalecany moment dokręcania Ip = 27,0 ka Ith = 13,4 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 11, A 2 s MA = Nm Płyta montażowa TS 8 1 Nakrętka zabezpieczająca M8, DIN Śruba z łbem grzybkowym z podsadzeniem M8, DIN Końcówka kabla z przewodem ochronnym 4 Podkładka A8,4 5 Podkładka sprężysta A8 6 Płyta montażowa Zalecany moment dokręcania Ip = 35,5 ka Ith = 29,4 ka (przy Tk = 150 ms) Ith 2 TK = 92, A 2 s MA = Nm 8

9 3.1 Obciążenie prądowe akcesoriów systemowych Stelaż ramowy TS 8 szyna systemowa chassis 1 Szyna systemowa chassis Blachowkręt Ip = 40,8 ka Ith = 28,8 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 32, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 element mocujący kombi TS szyna montażowa chassis 23 x 73 mm 1 Śruba M Nakrętka suwana M Szyna montażowa chassis / Element wsporczy kombi Blachowkręt Element ustalający Ip = 29,5 ka Ith = 19,2 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 17, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 element mocujący TS szyna montażowa 23 x 23 mm 1 Śruba M Nakrętka suwana M Szyna montażowa / / Element mocujący Blachowkręt Ip = 19,1 ka Ith = 11,8 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 6, A 2 s 9

10 3.1 Obciążenie prądowe akcesoriów systemowych Stelaż ramowy TS 8 centralny punkt uziemiający 1 Centralny punkt uziemiający Podkładka ząbkowana A6,4 3 Blachowkręt Podkładka kontaktowa M Końcówka kabla z przewodem ochronnym 6 Podkładka A8,4 7 Nakrętka sześciokątna M8 Ip = 14,7 ka Ith = 9,1 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 3, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 poprzeczka montażowa 1 Poprzeczka montażowa Blachowkręt Ip = 26,4 ka Ith = 13,0 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 10, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 element mocujący szyna wsporcza do kabli 1 Śruba imbusowa M8 2 Szyna wsporcza do kabli / / / / Nakrętka klatkowa M8/ Pierścień sprężysty B8 Ip = 51,3 ka Ith = 35,2 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 49, A 2 s 10

11 3.1 Obciążenie prądowe akcesoriów systemowych Stelaż ramowy TS 8 szyna nośna 1 Szyna nośna Nakrętka klatkowa M8/ Śruba z łbem wpuszczanym M8 Ip = 50,6 ka Ith = 35,8 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 51, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 systemowa szyna nośna 1 Systemowa szyna nośna / Nakrętka klatkowa M8/ Śruba imbusowa M8 4 Podkładka ząbkowana A8,4 5 Podkładka A8,4 Ip = 30,0 ka Ith = 21,1 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 17, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 szyna ślizgowa 1 Szyna ślizgowa Blachowkręt Ip = 21,4 ka Ith = 10,6 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 6, A 2 s 11

12 3.1 Obciążenie prądowe akcesoriów systemowych Stelaż ramowy TS 8 szyna adapterowa 1 Szyna adapterowa /TS / Blachowkręt Ip = 37,6 ka Ith = 18,5 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 21, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 półka urządzeniowa 1 Blachowkręt Podkładka kontaktowa Półka urządzeniowa Blok montażowy Ip = 7,1 ka Ith = 4,7 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 1, A 2 s TS 8 drzwi śruba tulejkowa rama rurowa drzwi 1 Śruba tulejkowa M6 2 Rama rurowa drzwi Ip = 30,0 ka Ith = 21,0 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 17, A 2 s 12

13 3.1 Obciążenie prądowe akcesoriów systemowych Stelaż ramowy TS 8 rama podłogi 1 Śruba z łbem ząbkowanym od dołu M8 x 12 2 Rama podłogi Ip = 9,1 ka Ith = 6,0 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 1, A 2 s Rama podłogi TS 8 cokół 1 Nakrętka klatkowa - uziemiająca M12 (cokół) 2 Podkładka ząbkowana A13 3 Śruba imbusowa M12 Ip = 40,7 ka Ith = 27,4 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 30, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 (element narożny) cokół 1 Podkładka ząbkowana A13 2 Śruba imbusowa M12 Ip = 40,8 ka Ith = 27,7 ka (przy Tk = 40 ms) Ith 2 TK = 30, A 2 s 13

14 3.2 Obciążenie prądowe automatycznego styku System automatycznego styku w TS 8 zapewnia przewodzące połączenie wszystkich części płaskich z ramą. Wyniki naszych badań techniczno-pomiarowych potwierdzają, że połączenia posiadają rezystancję przejściową poniżej 0,1 Ω, zgodnie z wymogami EN Jeżeli chodzi o objęcie drzwi ochroną przed dotykiem pośrednim, to zalecamy podłączenie do drzwi osobnego przewodu ochronnego, gdyż nie jest możliwe trwałe zagwarantowanie przewodzącego połączenia (lakier, olej, zabrudzenia itp.). Projektant musi samodzielnie zweryfikować stopień, w jakim automatyczne styki są wystarczające dla systemu przewodów ochronnych. W związku z tym odsyłamy do punktu 1.2 (Wskazówki dotyczące koncepcji) oraz do odpowiednich przepisów i norm (patrz 1.3). Wskazówka: Poniższe wartości są wyznaczone dla lakieru seryjnego, w przypadku lakierów specjalnych mogą występować inne warunki styku. Stelaż ramowy TS 8 dach 1 Śruba pierścieniowa Ząbkowana podkładka zabezpieczająca 3 Płyta dachowa Ip = 4,3 ka Ith = 3,0 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 0, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 ściana boczna 1 Śruba z łbem wpuszczanym M6 x 12 / śruba z płaskim łbem M5 x 8 2 Wspornik części płaskiej ze sprężyną stykową 3 Ściana boczna 4 Śruba z łbem wpuszczanym M6 x 8 Ip = 11,6 ka Ith = 7,0 ka (przy Tk = 30 ms) Ith 2 TK = 1, A 2 s 14

15 3.2 Obciążenie prądowe automatycznego styku Stelaż ramowy TS 8 Ściana boczna do rozbudowy modułowej konstrukcji przedniej 1 Blachowkręt 5,5 x Wspornik części płaskiej z wewnętrzną sprężyną uziemiającą 3 Ściana boczna do modułowej konstrukcji przedniej 4 Śruba z łbem wpuszczanym M6 x 9 Ip = 12,0 ka Ith = 7,5 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 2, A 2 s Stelaż ramowy TS 8 ściana tylna 1 Śruba z łbem wpuszczanym M6 x 12 / śruba z płaskim łbem M5 x 8 2 Wspornik części płaskiej ze sprężyną stykową 3 Ściana tylna 4 Śruba z łbem wpuszczanym M6 x 8 Ip = 11,8 ka Ith = 7,0 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 2, A 2 s Rama podłogi TS 8 płyta podłogi 1 Część zaciskowa ze śrubą z płaskim łbem M5 x 10 2 Płyta podłogowa 3 Uszczelka 4 Rama podłogi Ip = 4,3 ka Ith = 3,0 ka (przy Tk = 50 ms) Ith 2 TK = 0, A 2 s 15

16 3.3 Dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy linek uziemienia Linki uziemienia z izolacją PCV Dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy linek uziemienia (przewodów ochronnych) Cu 4 mm 2, 10 mm 2, 16 mm 2, 25 mm 2 i 35 mm 2 (z izolacją PCV), w odniesieniu do czasu trwania zwarcia 0,04 s; 0,2 s; 0,5 s; 1 s oraz 5 s. Dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy Czas odłączenia przez urządzenie zabezpieczające Przekrój przewodu ochronnego (izolacja PCV) 4 mm 2 (Cu) 10 mm 2 (Cu) 16 mm 2 (Cu) 25 mm 2 (Cu) 35 mm 2 (Cu) 0.04 s 2.86 ka 7.15 ka ka ka ka 0.2 s 1.28 ka 3.20 ka 5.12 ka 8.00 ka ka 0.5 s 0.81 ka 2.02 ka 3.23 ka 5.05 ka 7.07 ka 1.0 s 0.57 ka 1.43 ka 2.29 ka 3.58 ka 5.01 ka 5.0 s 0.26 ka 0.64 ka 1.02 ka 1.60 ka 2.24 ka Podstawa obliczeniowa EN , załącznik B (VDE 0660, część 500) Sp = l 2 t I = Sp k k 1/t I = dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy w A Dane: Przekrój przewodu Sp = 4, 10, 16, 25, 35 mm 2 Czas odłączenia t = 0,04; 0,2; 0,5; 1; 5 s Współczynnik materiałowy k = 143 A s/mm Linki uziemienia nieizolowane Dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy linek uziemienia (przewodów ochronnych) Cu 4 mm 2, 10 mm 2, 16 mm 2, 25 mm 2 i 35 mm 2 (bez izolacji), w odniesieniu do czasu trwania zwarcia 0,04 s; 0,2 s; 0,5 s; 1 s oraz 5 s. Dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy Czas odłączenia przez urządzenie zabezpieczające Przekrój przewodu ochronnego (bez izolacji) 4 mm 2 (Cu) 10 mm 2 (Cu) 16 mm 2 (Cu) 25 mm 2 (Cu) 35 mm 2 (Cu) 0.04 s 3.52 ka 8.79 ka ka ka ka 0.2 s 1.57 ka 3.93 ka 6.30 ka 9.84 ka ka 0.5 s 1.00 ka 2.48 ka 3.97 ka 6.21 ka 8.70 ka 1.0 s 0.70 ka 1.76 ka 2.82 ka 4.40 ka 6.16 ka 5.0 s 0.32 ka 0.79 ka 1.25 ka 1.97 ka 2.76 ka Podstawa obliczeniowa EN , załącznik B (VDE 0660, część 500) Sp = l 2 t I = Sp k k 1/t I = dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy w A dane: Przekrój przewodu Sp = 4, 10, 16, 25, 35 mm 2 Czas odłączenia t = 0,04; 0,2; 0,5; 1; 5 s Współczynnik materiałowy k = 176 A s/mm 2 16

17 4. Metody badań i ocena Rittal zlecił jednemu z największych niemieckich instytutów badawczych IPH w Berlinie przeprowadzenie serii żmudnych testów połączeń przewodów ochronnych szafy sterowniczej TS. Zbadano przy tym zarówno połączenia między częściami obudowy, jak też punkty podłączenia przewodu ochronnego pod kątem skuteczności połączenia elektrycznego (zgodnie z EN ) oraz termicznej wytrzymałości zwarciowej (w oparciu o EN ). Celem testów było wykazanie styku między poszczególnymi częściami obudowy i uzyskanie danych o wytrzymałości zwarciowej. Wyznaczono i udokumentowano zarówno prąd zwarciowy udarowy, jak i ciepło Joule a (wartość I 2 t). 4.1 Metody badań 1. Próbki były podłączane przez transformator mocy do generatora prądów o dużym natężeniu i wystawiane przez określony czas na działanie prądu zwarciowego. 2. Przed i po zwarciu za pomocą amperomierza i woltomierza była mierzona i zapisywana rezystancja przejściowa. 3. Prąd zwarciowy udarowy stopniowo zwiększany aż do zniszczenia połączenia lub do przekroczenia dopuszczalnej rezystancji przejściowej. 4. Rejestrowano przebieg krzywej prądu i napięcia i wyznaczano prąd zwarciowy udarowy, dopuszczalny przemienny prąd zwarciowy (wartość skuteczna), czas trwania zwarcia i całkę Joule a. 5. Stany połączenia przed i po poszczególnych fazach prób rejestrowano na fotografiach. 4.2 Uwagi dotyczące oceny Ocena badania przebiegała w ten sposób, że połączenie elektryczne było badane na drodze oględzin i mierzono wartość rezystancji. Należy przy tym wspomnieć, że pewna ilość iskier jest dopuszczalna, o ile nie wpływa to negatywnie na połączenie elektryczne, a sąsiadujące części palne nie ulegają zapłonowi (wg EN , pkt uwaga 1). Dlatego zaleca się, aby w zależności od konfiguracji przeprowadzić ewentualnie badania indywidualne. Uzyskane na podstawie przeprowadzonych testów ciepło Joule a (wartość I 2 t) może zostać przeliczone przez projektanta dla możliwych obciążeń w miejscu zainstalowania (patrz EN ). Zgodnie z tym ciepło Joule a I 2 t w zakresie krótkich czasów zwarcia jest niemal stałe. To oznacza, że iloczyn znanego czasu odłączania T k i dopuszczalnego termicznego prądu zwarciowego I th nie może przekraczać danej wartości I 2 t. I 2 t = I th 2 T k = konst. Ponadto należy również zaznaczyć, że podane wartości odnoszą się tylko do zbadanych elementów konstrukcyjnych i połączeń. Żadnych ogólnie obowiązujących wartości nie można podać zwłaszcza dla dynamicznej odporności na zwarcie. W przypadku użycia podanych wartości dla dopuszczalnego prądu zwarciowego udarowego należy zwrócić uwagę, że decydujące znaczenie dla powstających natężeń prądu ma rozmieszczenie przewodów przyłączeniowych oraz zabudowa szafy sterowniczej. 17

18 Enclosures Power Distribution Climate Control IT Infrastructure Software & Services Dane kontaktowe wszystkich spółek Rittal na całym świecie są dostępne pod adresem: XWW00006INT