SPAI KATOWICE PRO-SERW s.c. SOSNOWIEC SPÓŁDZIELNIA PRACY AUTOMATYKÓW I INFORMATYKÓW 40-696 KATOWICE, ul. Asnyka 32 tel/fax. 32 710 22 39, e-mail: spai@spai.com.pl ul. Lipowa 11, 41-200 SOSNOWIEC tel./fax. 32 269 81 18, tel. 32 291 68 41, e-mail: proserw.sc@gmail.com www.proserwsc.pl OCHRONNIKI SIECIOWE TRÓJFAZOWE KLASY B TYPU OS3B3 DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA Nazwa dokumentu Str. Rys Data Zastępuje Opracował Zatwierdził Wyd DTR-OS3B3 14 11 01.09.2006 J.Ostrowski L. Hanak 2
SPIS TREŚCI 1. Wstęp 2. Przeznaczenie 3. Dane techniczne 4. Opis techniczny 4.1. Budowa i działanie ochronnika 4.2. Wykonanie ochronnika 4.3. Układy sieciowe 4.3.1. Ochronnik OS3B3/W w układzie sieciowym TN 4.3.2. Ochronnik OS3B3/W w układzie sieciowym TT 4.3.3. Ochronnik OS3B3/W w układzie sieciowym IT 4.3.4. Kompleksowa ochrona przeciwporażeniowa i przeciwprzepięciowa - przykład 5. Instrukcja montażu 6. Instrukcja utrzymania 6.1. Wymiana modułu z warystorami Os3b3-02.doc 2
1. WSTĘP Przepięcie, czyli wzrost napięcia w sieci elektroenergetycznej lub w urządzeniu elektrycznym powyżej napięcia roboczego (maksymalnego) jest częstą przyczyną uszkodzeń, a w przypadku urządzeń zawierających elementy elektroniczne, zniszczeń tych urządzeń. Źródła przepięć mogą być wewnętrzne lub zewnętrzne. Do źródeł przepięć wewnętrznych zalicza się czynności łączeniowe, zwarcia do ziemi, odłączanie dużego obciążenia, odłączanie obciążeń indukcyjnych, przyłączanie nieobciążonych linii elektroenergetycznych itp. Źródłem przepięć zewnętrznych są wyładowania atmosferyczne, w tym głównie indukcyjne oddziaływania tych wyładowań. Prądy wyładowań piorunów płynące w zwodach piorunochronów, odprowadzeniach, szynach kolejowych czy wprost w kanałach wyładowań osiągając wartości dziesiątek kiloamperów wytwarzają silne pole magnetyczne, które z kolei wzbudza w sieci elektroenergetycznej i innych przewodach poddanych oddziaływaniu tego pola - napięcie indukcyjne. Napięcie to może osiągać wartości do 200kV. Wyindukowane przepięcia zwykle wielokrotnie przewyższają napięcie robocze sieci czy urządzeń elektrycznych. Ponadto, w chwili wyładowania głównego, przewody sieci elektroenergetycznej poddawane są oddziaływaniu elektrostatycznego ładunku w kanale wyładowania, powodującego powstanie dużego ładunku w przewodach sieci i rozprzestrzeniającemu się w tych przewodach w postaci fali prądowej. Przeciwdziałanie oddziaływaniom wyładowań atmosferycznych na urządzenia elektryczne polega między innymi na ograniczaniu napięć indukowanych do wartości dopuszczalnych, poprzez stosowanie urządzeń osłonowych - piorunochronów oraz urządzeń ochronnych - iskierników, warystorów, dławików itp. Do badań róznorodnych urządzeń ochrony odgromowej i ochrony przeciwprzepięciowej w krajowych i międzynarodowych normach zostały ustalone odpowiednie prądy probiercze. Os3b3-02.doc 3
Prąd piorunowy, występujący przy bezpośrednim uderzeniu pioruna w obiekt, można przedstawić przy pomocy prądu udarowego o kształcie 10/350 µs (rys.1 udar 1) Probierczy prąd udarowy odwzorowuje zarówno szybkie narastanie, jak i dużą energię rzeczywistego prądu pioruna. Ograniczniki przepięć Typ 1 (dotychczas klasa B) i elementy zewnętrznej ochrony odgromowej są badane przy pomocy takiego prądu. Przepięcia wywołane przez pobliskie uderzenia pioruna oraz procesy łączeniowe są odwzorowane przez udar probierczy 8/20 µs (rys. 1 udar 2). Wartość energii tego udaru jest znacząco mniejsza niż probierczego piorunowego prądu udarowego o kształcie 10/350 µs. Ograniczniki przepięć Typ 2 i Typ 3 (dotychczas klasy C i D) są poddawane próbom wyżej przedstawionym probierczym prądem wyładowczym. 2. PRZEZNACZENIE Ochronnik OS3B3 służy do wyrównywania potencjału w podstawowej ochronie odgromowej rozdzielnic głównych i ma za zadanie ograniczenie skutków oddziaływania wyładowań atmosferycznych i innych rodzajów przepięć powstających w sieci elektroenergetycznej na urządzenia odbiorcze zasilane z tej sieci. Odgromowe wyrównywanie potencjału jest ważnym środkiem dla zredukowania niebezpieczeństwa pożaru i wybuchu oraz zagrożenia życia w chronionym budynku. 3. DANE TECHNICZNE 1. Napięcie trwałej pracy 280V 2. Klasyfikacja wg EN61643-11 Typ 1 3. Znamionowy prąd wyładowczy 120kA 4. Największy prąd wyładowczy 200kA 5. Napięciowy poziom ochrony <0,9kV 6. Czas zadziałania <25ns 7. Zakres temperatury pracy -40 80 0 C 4. OPIS TECHNICZNY 4.1. Budowa i działanie ochronnika Ochronnik OS3B3 jest układem zabezpieczającym składającym się z ogranicznika przepięć Typ1, wyłączników nadprądowch o charakterystyce B, selektywnego wyłącznika Os3b3-02.doc 4
przeciwporażeniowego Typ A oraz wskaźników obecności faz. Działanie ogranicznika polega na wyrównywaniu potencjału w przypadku powstania przepięcia. Osiąga się je za pomocą przewodów wyrównywania potencjału i odgromników, które łączą ze sobą wszystkie elementy przewodzące oraz przewody energetyczne w chronionym obiekcie i sprowadzają je do jednego potencjału. Ogranicznik dużej mocy zawiera specjalny układ warystorowy złożony z warystorów dużej mocy z tlenku cynku o nieliniowej charakterystyce (α>30). Pozwala to uzyskać maksymalną ochronę przed przepięciami także o dużych energiach. Nawet przy największym obciążeniu 100kA/10As poziom ochrony wynosi poniżej 2kV. Aparat ten wytrzymuje zatem nawet częściowe prądy piorunowe z bezpośrednich uderzeń. W przypadku przeciążenia wbudowane urządzenie oddzielające odłącza uszkodzony moduł odgromnika od sieci i sygnalizuje to czerwonym polem w okienku sygnalizacyjnym. W przypadku uszkodzenia wystarczy wymienić tylko wadliwy moduł, co gwarantuje niewielkie koszty naprawy. Odłączanie napięcia przy wymianie nie jest konieczne. Wyłącznik nadprądowy pełni funkcję zabezpieczenia przed zwarciem bądź przeciążeniem w zasilanym obwodzie. Wyłącznik przeciwporażeniowy zapewnia ochronę przed pojawieniem się niebezpiecznych napięć dotykowych na częściach przewodzących zasilanych urządzeń. Uszkodzenia wywołujące przepływ doziemnych prądów upływowych o wartościach większych niż prądy wyzwalania wyłączników powodują przeważnie zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym. Są one przez wyłącznik wykrywane, a obwody takie i urządzenia wyłączane. Na zamówienie klienta ochronnik OS3B3 może być wyposażony w zdalną sygnalizację uszkodzenia warystora w ograniczniku, zdalną sygnalizację zadziałania wyłącznika przeciwporażeniowego i wskaźnik kolejności faz. 4.2. Wykonanie ochronnika Elementy tworzące ochronnik umieszczone są w natynkowej skrzynce. Konfiguracja połączeń ochronnika zależy od typu sieci jaką ma chronić. Dlatego w zamówieniu konieczne jest podanie typu sieci, do której będzie podłączony ochronnik. Ochronnik OS3B3 w zależności od typu sieci ma 4 wykonania: OS3B3/TN-C-S OS3B3/TN-S Os3b3-02.doc 5
OS3B3/TN-C OS3B3/TT OS3B3/IT 4.3. Układy sieciowe Sieci elektroenergetyczne o napięciu do 1kV dzielą się w zależności od sposobu uziemienia na następujące układy sieciowe: układ sieciowy TN - mający jeden punkt neutralny bezpośrednio uziemiony, a dostępne części przewodzące przyłączone są do tego punktu przewodami ochronnymi. Układ ten wykonywany jest w trzech wariantach, w zależności od układu przewodów neutralnych i ochronnych: układ TN-S, mający oddzielne przewody neutralne i ochronne w całym układzie sieci, układ TN-C, w którym funkcje przewodu neutralnego i ochronnego pełni jeden przewód w całym układzie sieci, układ TN-C-S, w którym funkcje przewodu neutralnego i ochronnego w części sieci pełni jeden przewód, natomiast w części sieci te funkcje są rozdzielone, układ sieciowy TT - mający punkt neutralny bezpośrednio uziemiony, a dostępne części przewodzące połączone są przewodami ochronnymi z uziomem, niezależnie od uziemienia całego układu, układ sieciowy IT - mający punkt neutralny izolowany lub uziemiony przez dużą rezystancję, a dostępne części przewodzące połączone są przewodami ochronnymi z uziomem. Układy sieciowe NN Os3b3-02.doc 6
4.3.1. Ochronnik OS3B3 w układzie sieciowym TN Przewody pod napięciem powinny być połączone z urządzeniem piorunochronnym wyłącznie za pomocą ograniczników przepięć. W układzie TN przewody PE lub PEN powinny być połączone bezpośrednio z urządzeniem piorunochronnym. Skuteczność działania ochronnika zależy w zasadniczy sposób od oporności przewodów odprowadzających do ziemi (poprzez elementy gaszące ochronnika) energię przepięcia. W przypadku sieci TN energia odprowadzana jest do uziemień poprzez przewody PE lub PEN, których oporność doziemna w punkcie dołączenia do ochronnika nie powinna przekraczać 5Ω. Ochronnik OS3B3/TN-C-S w układzie sieciowym TN-C-S Ochronnik OS3B/TN-C w układzie sieciowym TN-C Os3b3-02.doc 7
Ochronnik OS3/TN-S w układzie sieciowym TN-S 4.3.2. Ochronnik OS3 w układzie sieciowym TT Układ sieciowy TT jest najczęściej stosowanym układem zasilania urządzeń przemysłowych. O skuteczności ochrony przepięciowej w tym układzie decyduje jakość uziemień, których oporność mierzona w punkcie dołączenia do ochronnika nie powinna przekraczać 5Ω. Ochronnik OS3/TT w układzie sieciowym TT Os3b3-02.doc 8
4.3.3. Ochronnik OS3 w układzie sieciowym IT Układ sieciowy IT jest powszechnie stosowanym układem zasilania urządzeń przemysłowych i obiektów specjalnych (np. szpitale). O skuteczności ochrony przepięciowej w tym układzie decyduje jakość uziemień, których oporność mierzona w punkcie dołączenia do ochronnika nie powinna przekraczać 5Ω. Ochronnik OS3/IT w układzie sieciowym IT 4.3.4. Kompleksowa ochrona przeciwporażeniowa i przeciwprzepięciowa - przykład Przykładowe rozwiązanie zasilania w budynku Os3b3-02.doc 9
W układzie sieci TN-C-S instalacja elektryczna jest zasilana przez 3 przewody fazowe (L1, L2, L3), i przez przewód wspólny PEN. Opis systemu jest zamieszczony w PN-EN61643. Ogranicznik Typ 1 (poprzednio klasa B) są stosowane w układzie trójbiegunowym (np. 3 x V25-B+C). Są łączone między przewody fazowe a przewód PEN. Ogranicznik przepięć Typ 2 (poprzednio klasa C) są stosowane z reguły po rozdzieleniu przewodu PEN na PE i N. W odległości większej niż 0,5 m od punktu rozdziału traktujemy jak 5 przewodowy. Ograniczniki są stosowane w układzie 3+1 (np. 3 x V 20-C + NPE). W układzie tym ograniczniki są łączone pomiędzy przewodami fazowymi (L1, L2, L3), a przewodem neutralnym (N). Natomiast ogranicznik iskiernikowy jest łączony między przewód neutralny (N) a przewód ochronny (PE). Ograniczniki należy umieścić przed zabezpieczeniem różnicowoprądowym (RDC), ponieważ w przeciwnym razie zinterpretuje ono prąd wyładowczy jako prąd upływowy i przerwie obwód zasilający. Ograniczniki przepięć Typ 3 (poprzednio klasa D) są stosowane w celu ochrony przed przepięciami łączeniowymi w obwodach urządzeń odbiorczych. Przepięcia te występują głównie między przewodami L i N. Dzięki połączeniu w gwiazdę Y są chronione przewody L i N. Połączenia z przewodem PE są wykonywane przy pomocy ogranicznika iskiernikowego (np. KNS- D). Taki układ ochronny między przewodami Li N nie powoduje przewodzenia przy przepięciach poprzecznych prądu udarowego do przewodu PE, a tym samym układ (RDC) nie stwierdza prądu upływowego. 5. INSTRUKCJA MONTAŻU Uwaga: Przed przystąpieniem do montażu ochronnika należy bezwzględnie odłączyć napięcie sieci elektroenergetycznej. Ochronnik może być instalowany tylko przez wykwalifikowanego montera zgodnie z krajowymi przepisami bezpieczeństwa. Os3b3-02.doc 10
Dla zabudowania ochronnika OS3B3/W w wybranym miejscu należy: wykręcić śrubokrętem krzyżowym 4 plastikowe wkręty mocujące pokrywę ochronnika, przykręcić obudowę ochronnika 4 wkrętami do ściany obok rozdzielnicy lub do innego elementu nośnego, dla sieci TN-C-S: do odpowiednich zacisków śrubowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody sieci elektroenergetycznej (L1, L2, L3), przewód wspólny (PEN) do głównej szyny wyrównywania potencjałów, do zacisków śrubowych wyjściowych wyłącznika przeciwporażeniowego dołączyć przewody zasilania odbiorników (L1, L2, L3, N), a do głównej szyny wyrównywania potencjałów przewód ochronny (PE), przewodem 10 mm 2 podłączyć do głównej szyny wyrównywania potencjałów uziom fundamentowy chronionego obiektu dla sieci TN-C: do odpowiednich zacisków śrubowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody sieci elektroenergetycznej (L1, L2, L3), przewód wspólny (PEN) do głównej szyny wyrównywania potencjałów, do zacisków śrubowych wyjściowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody zasilania odbiorników (L1, L2, L3), przewód wspólny (PEN) do głównej szyny wyrównywania potencjałów przewodem 10 mm 2 podłączyć do głównej szyny wyrównywania potencjałów uziom fundamentowy chronionego obiektu dla sieci TN-S: do odpowiednich zacisków śrubowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody sieci elektroenergetycznej (L1, L2, L3), przewód neutralny (N) do zacisku śrubowego wyłącznika przeciwporażeniowego, a przewód ochronny (PE) do głównej szyny wyrównywania potencjałów, do zacisków śrubowych wyjściowych wyłącznika przeciwporażeniowego dołączyć przewody zasilania odbiorników (L1, L2, L3, N), a do głównej szyny wyrównywania potencjałów przewód ochronny (PE), przewodem 10 mm 2 podłączyć do głównej szyny wyrównywania potencjałów uziom fundamentowy chronionego obiektu Os3b3-02.doc 11
dla sieci TT: do odpowiednich zacisków śrubowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody sieci elektroenergetycznej (L1, L2, L3), przewód neutralny (N) do zacisku śrubowego wyłącznika przeciwporażeniowego do zacisków śrubowych wyjściowych wyłącznika przeciwporażeniowego dołączyć przewody zasilania odbiorników (L1, L2, L3, N), przewodem 10 mm 2 podłączyć do głównej szyny wyrównywania potencjałów uziom fundamentowy chronionego obiektu dla sieci IT: do odpowiednich zacisków śrubowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody sieci elektroenergetycznej (L1, L2, L3), do zacisków śrubowych wyjściowych wyłączników nadprądowych dołączyć przewody zasilania odbiorników (L1, L2, L3), przewodem 10 mm 2 podłączyć do głównej szyny wyrównywania potencjałów uziom fundamentowy chronionego obiektu, włączyć napięcie sieci elektroenergetycznej (na panelu wskaźnikowym powinny świecić kontrolki L1, L2, L3) i sprawdzić kolejność faz, nałożyć i przykręcić górną część obudowy ochronnika, 6. INSTRUKCJA UTRZYMANIA Ochronnik OS3B3 wymaga sprawdzania, czy nie nastąpiło uszkodzenie wymiennego modułu z warystorami. Sprawdzenia najlepiej dokonywać przy każdorazowych czynnościach związanych z obsługą zasilanych przez ochronnik urządzeń i po każdej burzy z silnymi wyładowaniami atmosferycznymi. W pewnych skrajnych przypadkach przepięcia w sieci mogą doprowadzić do trwałej usterki elementów gaszących ochronnika (warystory). Aby łatwo zlokalizować usterkę, w górnej części płytki czołowej modułu znajduje się przeźroczyste okienko służące do sygnalizacji uszkodzenia. Pojawienie się w okienku czerwonej dźwigienki świadczy o uszkodzeniu modułu. Uszkodzony moduł należy wymienić na nowy. Skuteczność działania ochronnika zależy od sprawności instalacji uziomowej. Dlatego należy okresowo sprawdzać stan instalacji uziomowej. Uziom sprawdza się przez pomiar rezystancji do ziemi i oględziny stanu połączeń. Sprawdzenia powinny być wykonywane: na terenach szczególnie podatnych na wyładowania atmosferyczne co najmniej 1 raz w Os3b3-02.doc 12
roku, na terenach pozostałych co najmniej raz na 3 lata. 6.1. Wymiana modułu z warystorami Moduł warystorowy można wymieniać bez konieczności odłączania napięcia sieci elektroenergetycznej. Zespół ochronny OS3B3, w swojej podstawowej konfiguracji, zabudowany jest w natynkowej skrzynce rozdzielczej 1x18 modułów i klasie szczelności IP65. Możliwe jest zamówienie ochronnika w innej skrzynce np. 2x18 modułów, wykorzystując jej górną część na samodzielne zainstalowanie dodatkowego osprzętu elektrycznego lub zamawiając jego konfigurację. Os3b3-02.doc 13
Ochronnik OS3B3 w skrzynce rozdzielczej 1x18 modułów Ochronnik OS3B3 w skrzynce rozdzielczej 2x18 modułów. Os3b3-02.doc 14