ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH Przy korzystaniu z instalacji elektrycznych jesteśmy narażeni między innymi na niżej wymienione zagrożenia pochodzące od zakłóceń: przepływ prądu przeciążeniowego, przepływ prądu zwarciowego (zwarcie jednofazowe, dwufazowe, trójfazowe), porażenie prądem elektrycznym, przepięcia, zaniki zasilania, zmiana kolejności faz. Zadaniem zabezpieczeń jest zminimalizowanie skutków zagrożeń pochodzących od zakłóceń w instalacjach elektrycznych. W przypadku zasilania odbiorników i obiektów, gdzie przerwa w zasilaniu i pracy jest niedopuszczalna, stosuje się między innymi następujące układy zasilania: zasilacze UPS, agregaty prądotwórcze, linie rezerwowego zasilania. Odbiorniki i obiekty pracują w mniej lub bardziej rozbudowanych układach zasilania i automatyki określonych przez obowiązujące przepisy oraz użytkownika i projektanta. Kolejność faz powinna być określona i sprawdzona przy podłączaniu i uruchomieniu urządzenia, a w czasie pracy nie powinna się już zmieniać. Zmiana kolejności faz może spowodować zmianę kierunku obrotów silników, co doprowadzić może do wypadku lub awarii. Przy doborze zabezpieczeń należy uwzględnić parametry znamionowe i zwarciowe instalacji elektrycznej oraz chronionych urządzeń, takie jak: U n - napięcie znamionowe, I n - prąd znamionowy, I p max - prąd zwarciowy maksymalny (do doboru aparatury), I p min - prąd zwarciowy minimalny (do doboru nastaw zabezpieczeń), I 1f - prąd zwarciowy jednofazowy (do sprawdzenia skuteczności ochrony przeciwporażeniowej), I dd - obciążalność prądowa długotrwała przewodu.
Wartość skuteczna prądu przepływającego przez przewód o określonym przekroju, ułożony w temperaturze otoczenia t 0 w ustalonych warunkach chłodzenia, powoduje nagrzanie przewodu do temperatury granicznej dopuszczalnej t gd. W jaki sposób ułożenie przewodów lub kabli wpływa na obciążalność prądową długotrwałą I dd? Obciążalność prądowa długotrwała przewodu lub kabli zależy od: materiału żyły, przekroju żyły, izolacji i konstrukcji przewodu (kabla), sposobu ułożenia, sposobu oddawania ciepła do otoczenia (chłodzenia), temperatury otoczenia t 0, temperatury granicznej dopuszczalnej t gd. Czym się różni układ sieciowy TN-C od układu TN-S, dlaczego obecnie nie stosuje się układów TN-C? Podstawowe układy sieciowe stosowane w istniejących instalacjach elektrycznych: układ sieciowy TN-C (dawniej stosowany) układ sieciowy TN-C-S (przejściowy układ sieciowy) układ sieciowy TN-S (obecnie stosowany) układ sieciowy TT układ sieciowy IT Zabezpieczenia instalacji elektrycznych od wybranych zagrożeń Dlaczego nie wolno naprawiać (watować) wkładek bezpiecznikowych i jakie mogą być tego konsekwencje? Co to jest termik i do czego służy? Co to znaczy, że zabezpieczenie posiada charakterystykę czasowo-prądową zależną i jak ta charakterystyka powinna być dobrana do chronionego odbiornika? Czym może być spowodowane przeciążenie w instalacji elektrycznej?
Zabezpieczenia przed skutkami przeciążeń (zabezpieczenie przeciążeniowe) Zadaniem zabezpieczeń przeciążeniowych jest niedopuszczenie do nadmiernego wzrostu temperatury przewodów ponad temperaturę graniczną dopuszczalną w przypadku przepływu prądu większego od obciążalności prądowej długotrwałej I dd. Wymagania dla zabezpieczeń przeciążeniowych: I ob I Nz I dd charakterystyka prądowo-czasowa zabezpieczenia powinna przebiegać pod charakterystyką prądowo-czasową zabezpieczanego obwodu. I ob prąd obciążenia (obliczony z mocy zasilanych odbiorników) I Nz prąd znamionowy zabezpieczenia I dd obciążalność prądowa długotrwała przewodu Zasady instalowania zabezpieczeń przeciążeniowych: w dowolnym miejscu obwodu przy zmniejszeniu przekroju przewodów przy zmianie rodzaju przewodów przy pogorszeniu się warunków oddawania ciepła przez przewody (chłodzenia) Rodzaje elementów zabezpieczających: zabezpieczenie bimetalowe (termiki) wyłączniki nadprądowe instalacyjne o charakterystyce B, C lub D przekaźniki cyfrowe programowalne Rys. 1 1 1 Źródło: Aparaty i osprzęt elektryczny niskiego napięcia, katalog firmy Eaton, str. 317.
Zabezpieczenia przed skutkami zwarć (zabezpieczenia zwarciowe) Zadaniem zabezpieczeń zwarciowych jest niedopuszczenie do uszkodzeń cieplnych i mechanicznych przewodów (wyłączenie obwodu) w przypadku przepływu prądu zwarciowego w określonych warunkach środowiskowych. Zasady instalowania zabezpieczeń zwarciowych: na początku zabezpieczanego obwodu przy zmniejszeniu przekroju przewodów przy zmianie wytrzymałości zwarciowej przewodu i urządzenia Rodzaje elementów zabezpieczających: wkładki bezpiecznikowe wyłączniki nadprądowe instalacyjne o charakterystyce B, C lub D wyłączniki z wyzwalaczami zwarciowymi przekaźniki cyfrowe programowalne Zdolność wyłączalna zabezpieczeń zwarciowych Prąd wyłączalny zabezpieczeń powinien być większy od obliczonego prądu zwarciowego w miejscu zainstalowania zabezpieczeń. Czas wyłączenia Czas wyłączenia zwarcia powinien być taki, aby temperatura przewodów spowodowana przepływem prądu zwarciowego nie przekroczyła wartości granicznej dopuszczalnej dla danego typu przewodów.
Rys. 2 2 Charakterystyka prądowo-czasowa bezpiecznika W jakim celu stosuje się ochronę podstawową przed dotykiem bezpośrednim? O jakim znamionowym prądzie różnicowym stosuje się wyłączniki do ochrony ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym i z czego on wynika? O jakiej charakterystyce należy dobrać wyłącznik do zabezpieczenia instalacji w mieszkaniu, w którym nie ma odbiorników o dużym prądzie rozruchowym? Dlaczego w układach sieciowych TN-C (tzw. starych instalacjach) nie stosuje się wyłączników różnicowoprądowych? Jak są oznaczone urządzenia II klasy ochronności (przykłady takich urządzeń)? Jaki warunek powinien być spełniony, aby ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu poprzez samoczynne wyłączenie przez zabezpieczenia 2 Źródło: Aparaty i osprzęt elektryczny niskiego napięcia, katalog firmy Eaton, str. 481.
nadprądowe była skuteczna? WERSJA SKRÓCONA Jaka jest różnica pomiędzy obwodem SELV i PELV? Co ogranicza stosowanie obwodów SELV i PELV do zasilania instalacji w mieszkaniach, domach, zakładach pracy, itp.? Zabezpieczenia przed porażeniem prądem elektrycznym Ochrona podstawowa (przed dotykiem bezpośrednim): izolacja podstawowa przegrody lub obudowy przeszkody i bariery umieszczanie urządzeń poza zasięgiem ręki Zadaniem ochrony podstawowej jest uniemożliwienie przypływu prądu przez ciało człowieka w normalnych warunkach pracy urządzenia. Ochrona przy uszkodzeniu (ochrona dodatkowa): samoczynne wyłączenie zasilania przez zabezpieczenia nadprądowe (dawna nazwa zerowanie ): wkładki bezpiecznikowe wyłączniki nadprądowe instalacyjne o charakterystyce B, C lub D wyłączniki z członem zwarciowym przekaźniki cyfrowe programowalne przez zabezpieczenia różnicowoprądowe: wyłączniki różnicowoprądowe wyłączniki różnicowoprądowe z członem nadprądowym o charakterystyce B, C, lub D urządzenia II klasy ochronności lub izolacji równoważnej separacja elektryczna obwodu pojedynczego odbiornika bardzo niskie napięcie z bezpiecznego źródła: obwód SELV obwód PELV Jakie odbiorniki w instalacji elektrycznej są najbardziej wrażliwe na przepięcia? Jakiej klasy ograniczniki do ochrony instalacji elektrycznej stosuje się w mieszkaniach?
Zabezpieczenia przed przepięciami WERSJA SKRÓCONA Przepięcia w instalacjach mogą być spowodowane: czynnościami łączeniowymi w instalacji, wyładowaniami atmosferycznymi zewnętrznymi, elektrycznością statyczną. Stosowane ograniczniki przepięć do ochrony przed przepięciami: ograniczniki przepięć typu 1 (klasa B) zabezpieczenie przed bezpośrednim i bliskim uderzeniem pioruna ograniczniki przepięć typu 2 (klasa C) zabezpieczenie większości odbiorników elektrycznych ograniczniki przepięć typu 3 (klasa D) dodatkowe zabezpieczenie szczególnie czułych urządzeń zestawy ograniczników przepięć typu 1+2 (klasy B+C) Przepięcia w torach sygnałowych (linie telefoniczne, komunikacyjne, przewody antenowe, kamery, itp.) spowodowane są najczęściej wyładowaniami atmosferycznymi zewnętrznymi i nie pochodzą od zakłóceń w instalacji elektrycznej. Do ochrony przed tymi przepięciami stosujemy ograniczniki przepięć przeznaczone do zabudowy w torach sygnałowych tych linii.
Literatura 1. Ustawa z dnia 07 lipca 1994 r. Prawo Budowlane (tekst jednolity) (Dz. U. 2010.243.1623 tj. zm.). 2. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne (Dz. U. 1997.54.348 wraz z późniejszymi zmianami) 3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2002.75.690 wraz z późniejszymi zmianami). 4. Norma PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych (norma wielozeszytowa). 5. Norma PN-HD 60364 Instalacje elektryczne niskiego napięcia (norma wielozeszytowa). 6. Aparaty i osprzęt elektryczny niskiego napięcia, katalog firmy Eaton.