Sanisław Czapp sanislaw.czapp@pg.gda.pl Podsawy ochrony przeciwporażeniowej w insalacjach z przekszałnikami energoelekronicznymi Gdańsk, 2.1.216 Normy 1. IEC/TS 6479-1:25 Effecs of curren on human beings and livesock. Par 1: General aspecs. 2. IEC/TS 6479-2:27 Effecs of curren on human beings and livesock. Par 2: Special aspecs. 3. PN-HD 6364-4-41:29 wersja polska. Insalacje elekryczne niskiego napięcia Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeńswa Ochrona przed porażeniem elekrycznym. 4. PN-EN 618-1:213-5E wersja angielska. Wyłączniki różnicowoprądowe bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego do użyku domowego i podobnego (RCCB) Część 1: Posanowienia ogólne. 5. PN-EN 62423:213-6E wersja angielska. Wyłączniki różnicowoprądowe ypu F i ypu B z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym i bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego do użyku domowego i podobnego. 6. PN-EN 5178:23 wersja polska. Urządzenia elekroniczne do sosowania w insalacjach dużej mocy. 7. PN-EN 618-5-1:27 wersja angielska. Elekryczne układy napędowe mocy o regulowanej prędkości Część 5-1: Wymagania doyczące bezpieczeńswa Elekryczne, cieplne i energeyczne. 2
Skuki rażenia prądem Główne czynniki wpływające na skuki rażenia prądem elekrycznym: warość prądu rażeniowego i czas jego przepływu, kszał przebiegu i częsoliwość prądu rażeniowego, droga przepływu prądu przez ciało człowieka. Dawniej analizowano skuki rażenia przy dwóch ypowych przebiegach prądu: przemiennym sinusoidalnym (o częsoliwości 5 lub 6 Hz) i sałym o pomijalnym ęnieniu. Od kilkunasu la sosuje się na szeroką skalę przekszałniki energoelekroniczne i kszał przebiegu prądu ziemnozwarciowego może być rozmaiy. Powoduje o rudności z oceną zagrożenia porażeniowego i skueczności ochrony przeciwporażeniowej. 3 Skuki rażenia prądem przemiennym sinusoidalnym 1 a b c 1 c 2 c 3 Czas przepływu prądu [ms] 5 2 1 5 2 1 5 2 AC-4.1 AC-4.2 AC-4.3 AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 1,1,2,5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 Prąd rażeniowy [ma] Pierwone kryeria bezpieczeńswa przy urządzeniach prądu przemiennego 15 1 Hz bezpośrednie skuki rażenia na drodze lewa ręka sopy 4 Oznaczenie srefy Granice srefy Skuki fizjologiczne AC-1 do,5 ma, linia a Zwykle brak reakcji. AC-2,5 ma do linii b Zwykle brak szkodliwych skuków fizjologicznych. Zwykle brak uszkodzeń organicznych (somaycznych). AC-3 linia b do krzywej c 1 Prawdopodobieńswo pojawienia się skurczu mięśni i rudności przy oddychaniu. Odwracalne zakłócenia pracy serca. Możliwe przejściowe zarzymanie akcji serca. AC-4 powyżej krzywej c1 Wzrasające niebezpieczeńswo skuków paofizjologicznych akich jak zarzymanie pracy serca, zarzymanie oddychania, poważne oparzenia. AC-4.1 c 1 c 2 Prawdopodobieńswo migoania komór serca wzrasające do około 5%. AC-4.2 c 2 c 3 Prawdopodobieńswo migoania komór serca wzrasające do około 5%. AC-4.3 powyżej krzywej c3 Prawdopodobieńswo migoania komór serca powyżej 5%.
Skuki rażenia prądem sałym 1 a b c 1 c 2 c 3 Czas przepływu prądu [ms] 5 2 1 5 2 1 5 2 DC-4.1 DC-4.2 DC-4.3 DC-1 DC-2 DC-3 DC-4 1,1,2,5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 Prąd rażeniowy [ma] Pierwone kryeria bezpieczeńswa przy urządzeniach prądu sałego bezpośrednie skuki rażenia na drodze lewa ręka sopy, prąd wsępujący 5 Oznaczenie srefy Granice srefy Skuki fizjologiczne DC-1 do 2 ma, linia a Zwykle brak reakcji. Lekkie kłucie przy załączaniu i wyłączaniu prądu lub przy szybkiej zmianie warości prądu. DC-2 2 ma, do linii b Zwykle brak szkodliwych skuków fizjologicznych. Skurcz mięśni przy załączaniu i wyłączaniu prądu. Zwykle brak uszkodzeń organicznych (somaycznych). Wzros wraz DC-3 linia b do krzywej c 1 z warością prądu i czasu możliwych, odwracalnych zakłóceń w powsawaniu i przewodzeniu bodźców w sercu. DC-4 powyżej krzywej c 1 Wzrasające niebezpieczeńswo skuków paofizjologicznych akich jak zarzymanie pracy serca, zarzymanie oddychania, poważne oparzenia. DC-4.1 c1 c2 Prawdopodobieńswo migoania komór serca wzrasające do około 5% DC-4.2 c2 c3 Prawdopodobieńswo migoania komór serca wzrasające do około 5% DC-4.3 powyżej krzywej c 3 Prawdopodobieńswo migoania komór serca powyżej 5% Skuki rażenia prądem odkszałconym Analizowane przebiegi: przemienny sinusoidalny o częsoliwości wyższej niż 1 Hz, przemienny odkszałcony (zawierający wyższe harmoniczne), półfalowy, wyprosowany dwupołówkowo, dwukierunkowy symeryczny o różnym kącie opóźnienia, niesymeryczny o różnym kącie opóźnienia. superpozycja prądu przemiennego sinusoidalnego i prądu sałego o pomijalnym ęnieniu. 6
Prąd przemienny sinusoidalny o częsoliwości wyższej niż 1 Hz Częsoliwość z zakresu 1 1 Hz 15 K f 13 11 9 7 5 próg fibrylacji migoania próg odczuwania granica samouwolnienia 3 2 1 5 1 1 f [Hz] Zależność od częsoliwości współczynnika przeliczeniowego K f określającego próg odczuwania i próg migoania komór serca oraz granicę samouwolnienia Częsoliwość najmniejszy wpływ ma na granicę samouwolnienia, nieco większy na próg odczuwania, a najbardziej zmienia się najisoniejszy paramer próg migoania komór serca. Jeżeli założyć, że przy częsoliwości 5 Hz lub mniejszej niebezpieczne dla człowieka są długorwale płynące prądy o warości powyżej 3 ma, o przy częsoliwości 1 Hz próg en przesuwa 7 się do warości około 42 ma. Prąd przemienny sinusoidalny o częsoliwości wyższej niż 1 Hz Częsoliwość z zakresu 1 1 khz Próg odczuwania Granica samouwolnienia Współczynnik przeliczeniowy Współczynnik przeliczeniowy f [khz] f [khz] 8 Próg migoania komór serca dla częsoliwości prądu większych niż 1 Hz brak jes danych Wsępnie przyjmuje się, że skuki są akie same jak dla 1 Hz
Prąd przemienny zawierający wyższe harmoniczne Wykorzysuje się krzywą z rys. oznaczoną próg migoania. Znając udział poszczególnych harmonicznych w przebiegu prądu, należy dla każdej składowej określić współczynnik przeliczeniowy K f. Pozwala o na obliczenie prądu zasępczego I zas o częsoliwości 5 Hz, równoważnego ze względu na zagrożenie migoaniem komór serca. Warość prądu zasępczego wyznacza się z zależności: I zas gdzie: I h udział harmonicznej rzędu h, K f współczynnik przeliczeniowy. = n I h h= 1 Kf Należy podkreślić, że jes o ylko zgrubne oszacowanie progu migoania komór serca, ponieważ powyższe obliczenie nie uwzględnia m.in. fazy począkowej poszczególnych wyższych harmonicznych. 2 K f 15 13 11 9 7 5 3 2 1 próg fibrylacji migoania próg odczuwania granica samouwolnienia 5 1 1 f [Hz] 9 Prąd przemienny zawierający wyższe harmoniczne i i 1+3 φ h1 = o φ h3 = o i i 1+3 φ h1 = o φ h3 = 18 o,5,1,15,2 (s),5,1,15,2 (s) 1
Prąd półfalowy Oceniając skuki rażenia prądem półfalowym należy brać pod uwagę czas rażenia odniesiony do cyklu pracy serca. Wyróżnia się dwa przedziały: rażenie w czasie krószym niż,75 cyklu pracy serca, rażenie w czasie dużym niż 1,5 cyklu pracy serca. Dla każdego z ych przypadków można wyznaczyć zasępczy prąd sinusoidalny 5 Hz, kóry ze względu na migoanie komór serca wywoła idenyczne skuki, co prąd półfalowy o warości szczyowej I m. I m I zas1,5 = 2 2 I m 2 1 I m I zas,75 = I m 2 11 Przy 75 uderzeniach serca na minuę czas cyklu pracy serca wynosi około,8 s.,75 cyklu pracy serca rwa wedy,6 s, a 1,5 cyklu pracy serca 1,2 s. Prąd półfalowy Jeżeli rażenie rwa krócej niż,75 cyklu pracy serca, o zasępczy prąd sinusoidalny ma warość szczyową I m (I zas,75 na rys.) równą warości szczyowej prądu rzeczywiście płynącego. Zaem prąd półfalowy o warości szczyowej 1 ma (warości skuecznej 5 ma) jes równie groźny jak prąd sinusoidalny o warości 1 skueczneji zas,75 = 7 ma. 2 W przypadku czasów rażenia dłuższych niż 1,5 cyklu pracy serca, zasępczy prąd sinusoidalny ma warość szczyową I m /2 (I zas1,5 na rys.). Zaem uznaje się, że prąd półfalowy o warości szczyowej 1 ma jes równoważny prądowi sinusoidalnemu 1 5 o warości skueczneji zas1,5 = = 35 ma. 2 2 2 UWAGA Prąd zasępczy o warości 7 ma (dla rażenia krószego niż,75 cyklu pracy serca), może być mniej groźny niż prąd zasępczy o warości 35 ma (dla rażenia dłuższego niż 1,5 cyklu pracy serca). 12
Prąd wyprosowany dwupółówkowo Przy przebiegu wyprosowanym dwupołówkowo obowiązują idenyczne zasady, co przy przebiegu półfalowym. Dla czasów rażenia krószych niż,75 cyklu pracy serca, prąd warości szczyowej 1 ma (warości skuecznej około 7 ma) wyprosowany dwupołówkowo jes 1 równoważny prądowi sinusoidalnemu o warości skueczneji zas,75 = 7 ma. 2 Dla czasów rażenia dłuższych niż 1,5 cyklu pracy serca orzyma się 1 5 I zas1,5 = = 35 ma 2 2 2 I m I zas1,5 = 2 2 I m 1 I 2 m I zas,75 = I m 2 13 Prąd dwukierunkowy symeryczny o różnym kącie opóźnienia W przypadku prądu przemiennego symerycznego o różnym kącie opóźnienia, isony jes sosunek czasu rażenia do cyklu pracy serca oraz warość kąa opóźnienia. Podobnie jak dla prądu półfalowego, uwzględnia się czasy rażenia krósze niż,75 cyklu pracy serca oraz dłuższe niż 1,5 cyklu pracy serca. I m6 14 α = 6 o α α = 15 o α I m15 I zas,75 = I przebiegu sinusoidalnego o ej samej warości szczyowej, co przebieg odkszałcony rms przebiegu odkszałconego I zas1,5 = I rms Przy czasach rażenia krószych niż,75 cyklu pracy serca, zasępczy prąd sinusoidalny ma ę samą warość szczyową, co prąd odkszałcony (rys.). Jeżeli płynie prąd o warości szczyowej 1 ma i kącie opóźnienia α 9, o zasępczy prąd sinusoidalny ma warość skueczną 1 I zas,75 = 7 ma. 2 Przy czasach rażenia dłuższych niż 1,5 cyklu pracy serca, zasępczy prąd sinusoidalny ma ę samą warość skueczną, co rozparywany prąd odkszałcony. Zaem prądowi o warości szczyowej 1 ma i kącie opóźnienia α = 9 odpowiada zasępczy prąd sinusoidalny o warości 1 1 1 skueczneji zas1,5 = = = 5 ma. 2 2 2 Dla czasów rażenia od,75 do 1,5 cyklu pracy serca prąd zasępczy przyjmuje pośrednie warości.
Prąd niesymeryczny o różnym kącie opóźnienia Podano sposób obliczania zasępczego prądu sinusoidalnego ylko dla czasów rażenia krószych niż,75 cyklu pracy serca. Podobnie jak przy prądzie symerycznym o różnym kącie opóźnienia, zasępczy prąd sinusoidalny ma ę samą warość szczyową, co prąd odkszałcony (rys.). Przy kąach opóźnienia prądu większych od 12, próg migoania komór serca przesuwa się w kierunku większych warości prądu. α = 6 o α = 15 o I m6 I m15 α α 15 I zas,75 = I rms przebiegu sinusoidalnego o ej samej warości szczyowej, co przebieg odkszałcony Superpozycja prądu przemiennego sinusoidalnego i prądu sałego o pomijalnym ęnieniu O progu migoania komór serca w zasadzie decyduje składowa sinusoidalna. Jeżeli przebieg prądu nie zawiera składowej sałej, o migoanie może wywołać prąd sinusoidalny o warości szczyowej Im (międzyszczyowej 2Im) Im większy udział składowej sałej, ym prąd jes bardziej niesymeryczny względem osi czasu. Wprawdzie wzrasa warość szczyowa jednej półfali, ale równoważny prąd sinusoidalny, kóry może wywołać migoanie, nadal charakeryzuje się warością międzyszczyową 2Im (od -Im+IDC do Im+IDC). Prąd wypadkowy (AC+DC) [ma] 2I m I m I m 2I m I m + I DC -I m + I DC 2I m 2I m I m - warość szczyowa przebiegu sinusoidalnego I DC - składowa sała Jeżeli składowa sinusoidalna ma warość szczyową Im = 1 ma (warość skueczną 1/ 2 7 ma), o przy udziale składowej sałej od do 1 ma warość zasępczego prądu sinusoidalnego nie zmienia się i wynosi około 7 ma. -I m I m Udział składowej sałej [ma] 2I m Zależności z rys. doyczą raczej dłuższych czasów rażenia, co najmniej kilka sekund. Dla krókich czasów rażenia, mniejszych niż,75 cyklu pracy serca, zasępczy prąd sinusoidalny ma ę samą warość szczyową, co prąd rozparywany. Przy bardzo dużym udziale składowej sałej i pomijalnym ęnieniu można korzysać z pierwonych kryeriów bezpieczeńswa dla prądu sałego. 16
Samoczynne wyłączanie zasilania 17 Samoczynne wyłączanie zasilania 18
Samoczynne wyłączanie zasilania 19 Prąd wyłączający C16 1 I a = 16 A 2 C16 3 ma yp A I a = 6 ma 3 4 gg25 gg25 1 ma yp AC M M I a = 18 A I a = 1 ma 2
Prądy sałe i i i i i i 21 Prosowniki Przebieg prądu różnicowego w obwodach różnych prosowników Lp. Rodzaj prosownika Układ połączeń Przebieg prądu różnicowego 1 Prosownik jednopulsowy L N 2 Prosownik dwupulsowy półserowany L N α op 3 Prosownik jednopulsowy z filrem prądu sałego L N 4 Prosownik dwupulsowy nieserowany zasilany napięciem międzyprzewodowym L1 L2 5 Prosownik rójfazowy sześciopulsowy nieserowany L1 L2 L3 22
Prosowniki Samoczynne wyłączanie zasilania wykorzysanie zabezpieczeń nadprądowych O pobudzeniu wyzwalacza elekromagneycznego wyłączników nadprądowych decyduje warość szczyowa prądu. W obwodzie prądu przemiennego sinusoidalnego prąd wyłączający wyłącznika nadprądowego C2 wynosi: Ia = 1 2 = 2 A (warość skueczna). Dla spełnienia warunku samoczynnego wyłączania zasilania powinien popłynąć prąd zwarciowy o warości skuecznej co najmniej 2 A. Jeżeli en sam wyłącznik jes zasosowany w obwodzie prądu sałego o pomijalnym ęnieniu, o dla spełnienia warunku samoczynnego wyłączania zasilania powinien popłynąć prąd o warości co najmniej 2 2 282 A. W przypadku bezpieczników zmieniają się czasy łukowe (w odniesieniu do prądu przemiennego), a o ma wpływ na czas wyłączania zwarcia, kóry nie powinien być dłuższy niż o określa norma PN-HD 6364-4-41:29. Należy więc korzysać z charakerysyk czasowo-prądowych dla prądu sałego. 23 Prosowniki Wykorzysanie wyłączników różnicowoprądowych PE L1 L2 L3 N T PP I s E s UE R T I = I p Wyłączniki ypu AC i ypu A 24
Prosowniki Wykorzysanie wyłączników różnicowoprądowych a) b) PE L1 L2 L3 N + 2 3 I F 1A 4 1B L I f R U 1B 25 5 Budowa dwuprzekładnikowego wyłącznika różnicowoprądowego o wyzwalaniu ypu B: a) układ połączeń; b) układ deekcji prądu sałego o pomijalnym ęnieniu 1A przekładnik do wykrywania prądów różnicowych przemiennych i pulsujących sałych, 1B przekładnik do wykrywania prądów różnicowych sałych o pomijalnym ęnieniu, 2 zesyki główne, 3 zamek, 4 wyzwalacz różnicowy, 5 układ elekroniczny wykrywający prądy różnicowe sałe o pomijalnym ęnieniu Transformacja prądu sałego przez przekładnik sumujący i p i s i s i p i s i p i p i s? i p i s i p i s? 26
Podział wyłączników różnicowoprądowych Przydaność do wykrywania określonego kszału przebiegu prądu różnicowego Oznaczenie lierowe i symbol graficzny AC Przebieg prądu różnicowego, przy kórym jes zapewnione wyzwalanie wyłącznika prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 5/6 Hz) A prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 5/6 Hz), prąd pulsujący sały, prąd pulsujący sały ze składową wygładzoną 6 ma, z ew. serowaniem fazowym i niezależnie od biegunowości. 27 Właściwości przekładników Przekładnik o pęli hiserezy: - prosokąnej B rem /B sa >,9 - zaokrąglonej B rem /B sa =,6,7 28
Właściwości przekładników Przekładnik o płaskiej pęli hiserezy Niska warośćb rem B rem /B sa <,5 29 Właściwości przekładników a) b) B B B B r B B H B B r H Charakerysyczne przebiegi pęli hiserezy: a) zaokrąglona; b) płaska. Linia ciągła kszał pęli hiserezy przy prądzie różnicowym półfalowym 3
Wyłączniki różnicowoprądowe próg zadziałania a) b) c) 15 9 9 AC 12 9 6 3 sin 1p 2p przebieg prądu 6 3 sin 1p 2p przebieg prądu 6 3 sin 1p 2p przebieg prądu d) e) f) A 9 6 3 sin 1p 2p 9 6 3 sin 1p 2p 7 6 5 4 3 2 1 sin 1p 2p przebieg prądu przebieg prądu przebieg prądu 31 Prąd zadziałania wybranych wyłączników różnicowoprądowych dla różnych kszałów przebiegu prądu różnicowego: sin przemienny sinusoidalny, 1p półfalowy, 2p z prosownika dwupulsowego. Dane wyłączników: a) I n = 3 ma, yp AC, krókozwłoczny RCD7, b) I n = 3 ma, yp AC, krókozwłoczny RCD6, c) I n = 3 ma, yp AC, bezzwłoczny RCD5, d) I n = 3 ma, yp A, krókozwłoczny RCD14, e) I n = 3 ma, yp A, bezzwłoczny RCD18, f) I n = 3 ma, yp A, selekywny, do przemienników częsoliwości RCD38 Wyłączniki różnicowoprądowe próg zadziałania a) b) α <15 o α 15 o okres (36 o ) α okres (36 o ) α Przykładowe przebiegi prądu różnicowego w obwodzie prosownika: a) jednopulsowego nieserowanego wyłącznik o wyzwalaniu ypu A wykrywa; b) dwupulsowego nieserowanego, zasilanego napięciem międzyprzewodowym wyłącznik o wyzwalaniu ypu A nie wykrywa prądu różnicowego 32
Wyłączniki różnicowoprądowe próg zadziałania a) b) 12 9 9 6 3 6 3 6 15 3 6 9 15 składowa sała [ma] 6 15 3 6 9 15 składowa sała [ma] c) d) 33 6 45 3 15 1 75 5 25 6 15 3 6 9 15 składowa sała [ma] e) f) 6 15 3 6 9 15 składowa sała [ma] 9 6 3 3 25 2 15 1 5 6 15 3 6 9 15 składowa sała [ma] 6 15 3 6 9 15 składowa sała [ma] Prąd zadziałania (warość skueczna składowej przemiennej sinusoidalnej) wyłączników różnicowoprądowych przy prądzie różnicowym przemiennym sinusoidalnym z nałożoną składową sałą, 6, 15, 3, 6, 9, 15 ma. Dane wyłączników: a) I n = 3 ma, yp AC, krókozwłoczny RCD7, b) I n = 3 ma, yp AC, bezzwłoczny RCD5, c) I n = 3 ma, yp A, krókozwłoczny RCD14, d) I n = 3 ma, yp A, bezzwłoczny RCD15, e) I n = 1 ma, yp A, selekywny, do przemienników częsoliwości RCD26, f) I n = 3 ma, yp A, bezzwłoczny RCD34 Podział wyłączników różnicowoprądowych B lub Nowy symbol graficzny: prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 5/6 Hz), prąd przemienny sinusoidalny ze składową wygładzoną o warości większej spośród dwóch:,4i n i 1 ma, prąd pulsujący sały ze składową wygładzoną o warości większej spośród dwóch:,4i n i 1 ma, prąd sały z układów prosowniczych, j.: - z prosownika dwupulsowego zasilanego napięciem międzyprzewodowym w przypadku wyłączników 2-, 3- i 4-biegunowych, - z prosownika rójpulsowego (układ gwiazdy) albo z prosownika sześciopulsowego w przypadku wyłączników 3- i 4-biegunowych, prąd sały wygładzony, z ew. serowaniem fazowym i niezależnie od biegunowości. W dokumencie z roku 28 [*] pojawiło się dodakowe wymaganie: prąd przemienny sinusoidalny o częsoliwości nieprzekraczającej 1 Hz. lub W dokumencie z roku 29 [**] zmieniono symbol graficzny i pojawiło się wymaganie doyczące działania przy prądzie przemiennym zawierającym harmoniczne (jak dla wyłączników ypu F). 34 [*] IEC/TR 6755:28 General requiremens for residual curren operaed proecive devices. 2nd ediion. [**] IEC 62423:29 Type F and ype B residual curren operaed circui-breakers wih and wihou inegral overcurren proecion for household and similar uses.
Serowanie fazowe symeryczne próg zadziałania wyłączników różnicowoprądowych a) b) L N α Układ serowania fazowego symerycznego (a) i przebieg prądu różnicowego (b); α ką opóźnienia prądu różnicowego 35 Serowanie fazowe symeryczne próg zadziałania wyłączników różnicowoprądowych a) b) I RMS I max I RMS I max c) I RMS I max 15 1 5 45 9 135 ką opóźnienia prądu [ o ] 2 15 1 5 45 9 135 ką opóźnienia prądu [ o ] 3 25 2 15 1 5 45 9 135 ką opóźnienia prądu [ o ] Prąd zadziałania wyłączników różnicowoprądowych 1 ma dla różnych kąów opóźnienia prądu różnicowego. Dane wyłączników: a) ypu AC, bezzwłoczny RCD22, b) ypu AC, krókozwłoczny RCD23, c) ypu A, selekywny RCD25 O pobudzeniu wyzwalacza wyłącznika różnicowoprądowego decyduje warość szczyowa prądu płynącego przez wyzwalacz. Przy kącie opóźnienia prądu równym 9 lub 135 niekóre wyłączniki wyzwalają przy warości skuecznej prądu wyraźnie mniejszej niż,5i n. Należy mieć o na uwadze, gdyż poprawnie dobrany wyłącznik różnicowoprądowy do przebiegu pełnofalowego może zbędnie wyzwalać przy dużym kącie opóźnienia prądu różnicowego. 36
Pośrednie przemienniki częsoliwości L1 L2 L3 I > M PE doyk bezpośredni doyk pośredni 37 Pośrednie przemienniki częsoliwości Bezpiecznik jako urządzenie samoczynnie wyłączające zasilanie L1 L2 L3 prosownik obwód pośredniczący falownik M? PE Przy zwarciu doziemnym w obwodzie wyjściowym falownika, w obwodzie zasilającym płynie prąd symeryczny, nie można więc liczyć na zadziałanie bezpiecznika 38
Pośrednie przemienniki częsoliwości Ochrona przeciwporażeniowa przez samoczynne wyłączanie zasilania powinna być realizowana na ych samych zasadach, co w obwodach bez przekszałników, i jes skueczna, jeżeli po wysąpieniu zwarcia L-PE: nasępuje wyłączenie zasilania w wymaganym czasie lub nie są przekroczone napięcia doykowe dopuszczalne długorwale. Można ewenualnie liczyć na zabezpieczenia wewnąrz przekszałnika, ale... Zabezpieczenia e są umieszczone po o, aby chronić przed skukami cieplnymi i elekrodynamicznymi elemeny przekszałnika, a nie dla celów ochrony przeciwporażeniowej. W razie zwarcia przez niewielką rezysancję nasępuje blokowanie zaworów, co skukuje wyłączeniem napięcia wyjściowego przekszałnika. Jednakże w odniesieniu do ochrony przy uszkodzeniu san blokowania zaworów przekszałnika nie jes uważany za samoczynne wyłączanie zasilania w rozumieniu normy, bo nie worzy galwanicznej przerwy w obwodzie. 39 Pośrednie przemienniki częsoliwości Pozosaje zapewnienie odpowiednio małego napięcia doykowego. Przy doziemieniu spadek napięcia na przewodzie ochronnym pomiędzy przekszałnikiem a miejscem gdzie są wykonane połączenia wyrównawcze nie powinien przekraczać napięcia doykowego dopuszczalnego długorwale: RPE Ia UL gdzie: U L napięcie doykowe dopuszczalne długorwale, I a prąd wyłączający zabezpieczenia nadprądowego, R PE rezysancja przewodu ochronnego pomiędzy przekszałnikiem a połączeniami wyrównawczymi. 4
Pośrednie przemienniki częsoliwości Przeciążalność Falownik 1 kw Falownik 5 kva 5x max prąd roboczy do 1,6 ms 3x max prąd roboczy do 4,25 ms IGBT Module 5SNA 12E331 5 A do 1 µs GBT (CM4DY- 12H, 4 A / 6 V) ok. 3x max prąd roboczy, µs 41 Pośrednie przemienniki częsoliwości Prąd różnicowy (ziemnozwarciowy) w obwodzie wyjściowym przemiennika. Częsoliwość PWM 3 khz Częsoliwość użykowa 5 Hz i E i() E () 1 ms 1 ms i E () 1 ms,5 A,5 A,1 A 3 khz,1 A 5 Hz 15 Hz 3 khz 2,5 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 [khz],5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] i E () 1 ms,5 A,1 A 5 Hz 15 Hz 42 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 [Hz]
Pośrednie przemienniki częsoliwości Częsoliwość użykowa 25 Hz i E () 1 ms i E () 1 ms,5 A,5 A 3 khz,1 A 2,5 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 [khz],1 A 25 Hz 75 Hz 15 Hz,5 3 khz 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz],5 A i E () 1 ms,1 A 25 Hz 75 Hz 15 Hz 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 [Hz] 43 Pośrednie przemienniki częsoliwości Częsoliwość użykowa 1 Hz,5 A i E () 1 ms,5 A i E () 1 ms,1 A 3 khz,1 A 1 Hz 15 Hz 3 khz 2,5 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 [khz],5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] i E () 1 ms,5 A,1 A 1 Hz 15 Hz 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 [Hz] 44
Pośrednie przemienniki częsoliwości,3 I RMS I [A],25,2,15,1 I PWM I M,5 I 15 1 2 3 4 5 f [Hz] Zmiana udziału poszczególnych składowych prądu ziemnozwarciowego przy zwarciu w obwodzie wyjściowym przemiennika dla różnych częsoliwości użykowych (od 1 Hz do 5 Hz). Częsoliwość PWM 3 khz 45 Pośrednie przemienniki częsoliwości a) b) i E () 1 ms i E () 1 ms,5 A,5 A,1 A 1,66 khz,1 A 6,66 khz 2,5 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 [khz] 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 [khz] Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego i E () przy doziemieniu na zaciskach silnika i widmo ampliudowe ego prądu. Częsoliwość użykowa 1 Hz, częsoliwość impulsowania: a) 1,66 khz; b) 6,66 khz 46
Pośrednie przemienniki częsoliwości zasilanie jednofazowe Przykładowy przebieg prądu ziemnozwarciowego przy jednofazowym zasilaniu przemiennika częsoliwości 47 Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD a) b) RCD7 RCD6 RCD8 RCD9 RCD1 RCD19 RCD12 RCD18 RCD15 RCD17 18 15 12 9 6 3 sin5hz RCD8 RCD9 RCD1 nie wyzwalają nawe przy 5 A 5Hz+PWM 25Hz+PWM 1Hz+PWM Przebieg prądu 33 3 27 24 21 18 15 12 9 6 3 RCD18 RCD15 RCD17 nie wyzwalają nawe przy 5 A sin5hz 5Hz+PWM 25Hz+PWM 1Hz+PWM Przebieg prądu Prąd zadziałania wybranych wyłączników różnicowoprądowych przy prądach różnicowych zawierających wiele wyższych harmonicznych. Wyłączniki: a) 3 ma ypu AC, b) 3 ma ypu A 48
Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD 1 8 RCD8 RCD15 RCD12 6 4 2 RCD6 RCD7 RCD19 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 f [Hz] Charakerysyka prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych w funkcji częsoliwości. Wyłączniki 3 ma ypu AC: RCD6, RCD7, RCD8; ypu A: RCD12, RCD15, RCD19 49 Pośrednie przemienniki częsoliwości a próg migoania komór serca 3 27 24 21 18 15 12 9 6 3 RCD5 RCD17 1 A 38 ma 55 ma próg migoania brak wyzwalania brak wyzwalania 5 4 3 25 2 1 5 1 f M [Hz] K f 15 13 11 9 7 5 3 2 1 próg fibrylacji migoania próg odczuwania granica samouwolnienia 5 1 1 f [Hz] Prąd zadziałania wybranych wyłączników różnicowoprądowych o I n = 3 ma przy różnych prędkościach obroowych silnika zasilanego z przemiennika częsoliwości; f M częsoliwość użykowa silnika. Wyłączniki różnicowoprądowe: RCD5 yp AC, RCD17 yp A 5
Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD Wyłączniki różnicowoprądowe ypu F (norma PN-EN 62423:213-6) Oznaczenie lierowe F Symbol graficzny lub Przebieg prądu różnicowego, pojawiającego się nagle lub sopniowo narasającego, przy kórym jes zapewnione wyzwalanie wyłącznika jak dla wyłącznika A, prąd pulsujący sały ze składową wygładzoną 1 ma, prąd przemienny zawierający wyższe harmoniczne (zasilanie jednofazowe) 51 Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD Dane prądu odkszałconego, przy kórym sprawdza się działanie wyłączników różnicowoprądowych ypu F Składowe prądu Począkowa warość skueczna liniowo Przedział, w kórym powinien narasającego prądu probierczego zadziałać wyłącznik I fn I 1kHz I M(1Hz) I p I r,138i n,138i n,35i n,2i n (,5 1,4)I n I fn składowa harmoniczna o częsoliwości podsawowej (z reguły 5 Hz), I1kHz składowa harmoniczna o częsoliwości impulsowania przekszałnika (1 khz), IM(1Hz) składowa harmoniczna o częsoliwości podsawowej odniesienia (silnik zasilany napięciem o częsoliwości 1 Hz), prąd znamionowy różnicowy wyłącznika różnicowoprądowego przy częsoliwości znamionowej (z reguły 5 Hz) I n,6,4,2 ( ),2,4,6,2,4,6,8,1,12,14,16,18,2 Przebieg prądu różnicowego odkszałconego zawierający składowe podane w ablicy; faza począkowa każdej składowej α p = [s] 52
Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD a) b) i E () 1 ms i E() 1 ms,5 A,5 A 3 khz (PWM),1 A 1 Hz 3 Hz 15 Hz 3 khz (PWM),1 A,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] 2,5 5 1 15 7,5 12,5 17,5 22,5 2 25 [khz] Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego i E() przy doziemieniu silnika zasilanego z przekszałnika i składowe harmoniczne ego prądu w zakresie częsoliwości: a) 5 khz, b) 25 khz; częsoliwość napięcia zasilającego silnik: 1 Hz a) b) i E () 1 ms i i() () E E 1 ms 1 ms,5 A,5 A,1 A 5 Hz 15 Hz 3 khz (PWM),1 A 3 khz (PWM),5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] 2,5 5 1 15 7,5 12,5 17,5 22,5 2 25 [khz] 53 Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego ie() przy doziemieniu silnika zasilanego z przekszałnika i składowe harmoniczne ego prądu w zakresie częsoliwości: a) 5 khz, b) 25 khz; częsoliwość napięcia zasilającego silnik: 5 Hz Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD Wyłączniki różnicowoprądowe ypu B+ 54
Pośrednie przemienniki częsoliwości a RCD Na podsawie kaalogu Na podsawie kaalogu 55 Pośrednie przemienniki częsoliwości filr silnikowy a) b) i PE () 1 ms i PE () 1 ms,2 A,2 A,5 A,5 A 2,5 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 (khz) 2,5 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 (khz) c) i PE () 1 ms,2 A,5 A 2,5 56 5 7,5 1 12,5 15 17,5 2 22,5 25 (khz) Oscylogramy prądu upływowego i PE () (brak doziemienia) i jego widmo ampliudowe; częsoliwość użykowa 5 Hz; a) bez filru silnikowego, b) filr ypu differenial mode, c) filr ypu common mode and differenial mode
Pośrednie przemienniki częsoliwości filr silnikowy a) b) i E () i E (),2 A,2 A 5 Hz 15 Hz 1 ms 3,3 khz,5 A,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 (khz) 5 Hz 15 Hz 1 ms 3,3 khz,5 A,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 (khz) c) i E (),2 A 5 Hz 15 Hz 1 ms 3,3 khz,5 A,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 57 (khz) Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego i E () przy doziemieniu na zaciskach silnika i widmo ampliudowe ego prądu; częsoliwość użykowa 5 Hz; a) bez filru silnikowego, b) filr ypu differenial mode, c) filr ypu common mode and differenial mode Pośrednie przemienniki częsoliwości filr silnikowy a) b) i E () i E (),2 A,2 A,1 A 1 Hz 15 Hz 1 ms 3,3 khz,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz],1 A 1 Hz 15 Hz 1 ms 3,3 khz,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego i E () przy doziemieniu na zaciskach silnika i widmo ampliudowe ego prądu. Częsoliwość użykowa 1 Hz, częsoliwość impulsowania 3,3 khz: a) układ bez filru silnikowego, b) układ z filrem silnikowym (yp filru: common mode and differenial mode) 58
Pośrednie przemienniki częsoliwości filr silnikowy a) b) Earh faul curren (ma) 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 moor frequency (Hz) no filer FT-1 filer FT-2 filer Earh faul curren (ma) 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 moor frequency (Hz) no filer FT-1 filer FT-2 filer c) d) 3 3 Earh faul curren (ma) 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 moor frequency (Hz) no filer FT-1 filer FT-2 filer Earh faul curren (ma) 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 moor frequency (Hz) no filer FT-1 filer FT-2 filer 59 Składowe prądu ziemnozwarciowego: 5 Hz (a), 15 Hz (b), PWM (c) i wypadkowy prąd ziemnozwarciowy (d) dla różnych częsoliwości użykowych silnika; * bez filru silnikowego, ** FT-1 filer: differenial mode, *** FT-2 filer: common mode and differenial mode Pośrednie przemienniki częsoliwości filr silnikowy Equivalen Prąd 5 Hz zasępczy earh faul (ma) curren (ma) 21 18 15 12 9 6 3 no filer FT-1 filer FT-2 filer 1 5 1 2 25 3 4 5 Częsoliwość moor użykowa frequency silnika (Hz) (Hz) C3 C 2 C1 Zasępczy prąd sinusoidalny o częsoliwości 5 a próg migoania komór serca; c 1, c 2, c 3 prawdopodobieńswo wysąpienia migoania komór serca 6
Przekszałniki sysem kompuerowy do ochrony przeciwporażeniowej kara pomiarowa sysem kompuerowy z LabVIEW wyłącznik przekładnik sumujący przekszałnik odbiornik i E () 61 Przekszałniki sysem kompuerowy do ochrony przeciwporażeniowej Prąd połfalowy Prąd przy serowaniu fazowym symerycznym 62
Przekszałniki sysem kompuerowy do ochrony przeciwporażeniowej Prąd ziemnozwarciowy w obwodzie z przemiennikiem częsoliwości; częsciliwość użykowa 5 Hz Prąd ziemnozwarciowy w obwodzie z przemiennikiem częsoliwości; częsciliwość użykowa 1 Hz 63 Foowolaiczne sysemy zasilania 64
Foowolaiczne sysemy zasilania 65 Foowolaiczne sysemy zasilania generaor PV przekszałnik PV+ T1 T2 L U DC RCD PV U AC PV- T3 T4 N PE 66
Foowolaiczne sysemy zasilania PV+ T1 T2 L PV+ T1 T2 L U DC RCD PV U AC U DC RCD PV U AC T3 T4 T3 T4 N PV- PV- N PE PE u, i u AC półfala dodania U AC półfala ujemna U AC udc 67 Srukura przekszałnika i drogi przepływu prądu ziemnozwarciowego przy doziemieniu po sronie sałoprądowej Foowolaiczne sysemy zasilania S" kq = 12 MVA 15/,42 kv/kv 25 kva u kr = 4,5% u R = 1,5% 4 x AL 5 mm 2 2 m YAKY 4 x 35 mm 2 5 m złącze kwh YLYpżo 5 x 16 mm 2 25 m gg63 obwody odbiorcze przekszałnik generaor PV DC AC YDYpżo 3 x 4 mm 2 3 m gg2 4 kw I n = 17,4 A 68
Foowolaiczne sysemy zasilania 69 Układy przekszałnikowe zalecenia ogólne PN-EN 5178:23 Urządzenia elekroniczne do sosowania w insalacjach dużej mocy. PN-EN 618-5-1:27 Elekryczne układy napędowe mocy o regulowanej prędkości Urządzenia elekroniczne przenośne o mocy nie większej niż 4 kva powinny być ak konsruowane, aby wysarczyły wyłączniki różnicowoprądowe ypu A. W przypadku urządzeń elekronicznych przenośnych o mocy przekraczającej 4 kva lub zainsalowanych na sałe, ich konsrukcja może wymuszać konieczność zasosowania wyłącznika różnicowoprądowego ypu B i wymaga o indywidualnej analizy. Typ B RCD I ι RCD S Typ A RCD Typ A RCD Koordynacja wyłączników różnicowoprądowych, gdy w części insalacji może pojawić się prąd sały o pomijalnym ęnieniu 7 Typ A
Układy przekszałnikowe zalecenia ogólne Przydaność wyłączników różnicowoprądowych w obwodach różnych przekszałników Lp. Rodzaj przekszałnika Układ połączeń Przebieg prądu różnicowego Przydane wyłączniki różnicowoprądowe 1 Bez przekszałnika L N AC, A, B 2 Serowanie fazowe symeryczne L N α AC, A, B 3 Serowanie pełnofalowe L N AC, A, B 71 Układy przekszałnikowe zalecenia ogólne 4 Prosownik jednopulsowy L N A, B 5 Prosownik dwupulsowy nieserowany, zasilany napięciem fazowym L N A, B 6 Prosownik dwupulsowy półserowany L N α A, B 72
Układy przekszałnikowe zalecenia ogólne 7 Prosownik jednopulsowy z filrem prądu sałego L N B 8 Prosownik dwupulsowy nieserowany zasilany napięciem międzyprzewodowym L1 L2 B 9 Prosownik rójfazowy rójpulsowy nieserowany L1 L2 L3 B N 1 Prosownik rójfazowy sześciopulsowy nieserowany L1 L2 L3 B 11 Pośredni przemiennik częsoliwości L1 L2 L3 M i PPf AC *, A *, B *, F, B+ 73 * Wyłącznik różnicowoprądowy o znanej charakerysyce działania przy różnych częsoliwościach prądu różnicowego