Zabezpieczenia nadprądowe oraz przeciwprzepięciowe – wybrane zagadnienia

Polska Norma PN-EN 60204-1 dotyczy elektronicznego, elektrycznego oraz programowalnego wyposażenia i układów maszyn, które nie są trzymane w dłoniach, w czasie ich pracy oraz grup maszyn pracujących razem w sposób skoordynowany.

Jej znajomość, a także respektowanie są absolutnie nieodzowne dla pracowników tak z biura projektowego, jak i z produkcji. W IMI-Polska Sp. z o.o. przywiązujemy do kwestii bezpieczeństwa szczególną uwagę. Poniżej postaramy się przybliżyć wybrane wytyczne.

Ochrona wyposażenia – Zabezpieczenie nadprądowe oraz przeciwprzepięciowe – wybrane zagadnienia

W pierwszym artykule z serii bazującej na Polskiej Normie NP.-EN 60204-1 poruszaliśmy ogólnie zagadnienia ryzyka towarzyszącego zagrożeniom związanym z wyposażeniem elektrycznym, rozważane były potencjalne następstwa i ich skutki tak dla ludzi, jak i dla samego osprzętu. Tym razem skupimy się na tematyce zabezpieczeń nadprądowych.

Warto tu zacząć od zdefiniowania zjawisk, przed którymi należy tworzyć zabezpieczenia.

Przeciążenie instalacji elektrycznej można zdefiniować jako zjawisko, w którym natężenie prądu płynącego w obwodzie jest wyższe niż natężenie prądu w normalnych warunkach pracy (prąd znamionowy). W konsekwencji dochodzi do wydzielania się ciepła, będącego kwadratem rezystancji obwodu elektrycznego, prądu i czasu jego przepływu.

Najczęściej przyczyną przeciążenia instalacji elektrycznej jest podłączenie zbyt wielu odbiorników, bądź urządzeń o zbyt dużej mocy względem przekroju przewodów, źle dobrane zabezpieczenia, a nawet zanieczyszczenia gromadzące się na stykach.

Potencjalnym skutkiem przeciążenia elektrycznego instalacji są przykładowo:

• Zniszczenie izolacji przewodów.
• Uszkodzenie wyposażenia lub układów maszyn.
• Uszkodzenie zwojów w transformatorach i zasilaczach.
• W starych instalacjach aluminiowych dochodzić może do utleniania się styków,

a w efekcie kruszenia się przewodów.

• Iskrzenie mogące skutkować pożarem.

Kolejnym niezwykle poważnym zagrożeniem jest zwarcie w instalacji elektrycznej. Należy je definiować jako połączenie dwóch lub więcej punktów obwodu elektrycznego, które w normalnych warunkach pracy posiadają różne potencjały elektryczne. Takie połączenie cechuje bardzo niska rezystancja całkowita, której skutkiem jest przepływ prądu o natężeniu znacznie wyższym niż znamionowe. Często jest to wielokrotność dopuszczalnych parametrów.

Do zwarć dochodzi najczęściej w wyniku połączenia przewodu fazowego (L) z innym przewodem fazowym, neutralnym (N) bądź ochronnym (PE). Najczęściej przyczynę tego zjawiska stanowi uszkodzenie izolacji przewodów, niedostateczne dokręcenie styków lub wykonanie błędnego połączenia.

Skutki zwarcia w obwodzie elektrycznym będą zależne od wielu czynników, takich jak: napięcie zasilania, temperatura otoczenia czy właściwości samych przewodów oraz urządzeń. Mimo, że niektóre zjawiska są relatywnie podobne jak w przypadku przeciążenia, mogą wystąpić również znacznie poważniejsze. Jako typowe przedstawić możemy:

• Uszkodzenie izolacji oraz żyły przewodu.
• Spalenie lub trwałe połączenie styków.
• Uszkodzenie wyposażenia lub układów maszyn.
• Pojawienie się wysokiej temperatury, a nawet łuku elektrycznego, które skutkować mogą pożarem.
• Porażenie prądem, przy czym należy tu mieć na uwadze, że zwarcie cechuje przepływ prądu

o bardzo dużym natężeniu.

Kolejnym potencjalnym zagrożeniem jest zjawisko przepięcia elektrycznego. Nazywamy nim wzrost napięcia ponad maksymalną dopuszczalną wartość, dla danej instalacji elektrycznej. Można je podzielić względem pochodzenia na zewnętrzne oraz wewnętrzne.

Przyczyną przepięcia zewnętrznego może być przykładowo uderzenia pioruna, impuls elektromagnetyczny, ale także nagły spadek obciążenia sieci lub oddziaływanie pobliskich obwodów elektrycznych.

Za przepięcia wewnętrzne odpowiadać mogą między innymi zwarcia, doziemienia czy iskrzenie na stykach.

Mimo, że większość dostępnych w sprzedaży urządzeń posiada wytrzymałość udarową izolacji na poziomie 1,5 kV, wystąpienie przepięcia może poskutkować przykładowo:

• Uszkodzeniem, a nawet zniszczeniem przewodów.
• Spaleniem rozdzielnicy.
• Wybuchem pożaru, wraz z wszelkimi dalszymi następstwami jego zaistnienia.

Jak widać zagrożenia są liczne i w pełni uzasadnione jest, ustanowienie i unormowanie zasad zabezpieczania przed skutkami zaistnienia takich zjawisk.

Konieczne jest umiejscowienie zabezpieczeń nadprądowych tam, gdzie prąd w obwodzie maszyny może przekroczyć albo wartość znamionową dowolnej części składowej, albo dopuszczalne obciążenie prądowe przewodów, zależnie od tego, która z tych wartości jest mniejsza.

Przewody zasilające

Dostawca danego wyposażenia elektrycznego nie jest odpowiedzialny za dostarczenie urządzenia zabezpieczającego przewody zasilające wyposażenie elektryczne przed przetężeniem, jednak zobowiązany jest do podania na schemacie instalacyjnym danych niezbędnych, by dobrać właściwe urządzenie. Naturalnie użytkownik może ustalić z dostawcą inaczej i otrzymać od razu również te urządzenia.

Obwody mocy

Właściwie dobrane urządzenia do wykrywania i przerywania przetężeń, powinny być zainstalowane na każdym przewodzie czynnym.

Jeśli nie zostały odłączone wszelkie z nimi związane przewody czynne, nie powinno się odłączać następujących przewodów:

• przewód neutralny obwodów mocy prądu przemiennego,
• przewód uziemiony obwodów mocy prądu stałego,
• przewód mocy prądu stałego dołączony do dostępnych części czynnych maszyn przenośnych.

Jeśli jednak przekrój przewodu neutralnego jest co najmniej równy lub równoważny przekrojowi przewodów fazowych, nie jest konieczne użycie w przewodzie neutralnym urządzeń do przerywania, ani wykrywania przetężeń.  Jeśli jednak przekrój jest mniejszy niż przekrój odpowiednich przewodów fazowych konieczne jest stosowanie do zaleceń podanych w IEC 603643-5-52.

Obwody sterowania

Przewody obwodów sterowania przyłączonych bezpośrednio do napięcia zasilania i obwodów zasilających transformatory, które zasilają obwody sterowania, powinny być zabezpieczone przed przetężeniem zgodnie z następującymi wytycznymi.

W przypadku zasilania obwodów sterowania przez transformator bądź zasilacz prądu stałego, niezbędne jest zabezpieczenie obwodów sterowania przed przetężeniem poprzez włączenie urządzenia zabezpieczającego nadprądowego w przewód przełączany w obwodach sterowania dołączonych do układu połączeń ochronnych.

Jeżeli zaś obwody sterowania nie są dołączane do układu połączeń ochronnych:

• Jeśli we wszystkich obwodach sterowania użyte zostały przewody o tym samym przekroju należy włączyć urządzenie zabezpieczające nadprądowe w przewód przyłączany.
• Jeśli użyte zostały przewody o różnym przekroju w różnych sekcjach obwodów, konieczne jest włączenie urządzeń zabezpieczających nadprądowo tak w przewody przełączane, jak i w przewody wspólne każdej sekcji obwodów.

Gniazda wtyczkowe i skojarzone z nimi przewody, obwody oświetlenia

      Należy zadbać, by obwody zasilające ogólnodostępne gniazda wtyczkowe, których przeznaczeniem jest zasilanie urządzeń służącym do konserwacji, były wyposażone w urządzenia zabezpieczające przed przetężeniem. Jeśli występują nieuziemione przewody czynne w jakimkolwiek obwodzie tego rodzaju gniazda, należy je wyposażyć w urządzenia zabezpieczające przed przetężeniem.

Jeśli występują nieuziemione przewody obwodów zasilających oświetlenie miejscowe, należy je również chronić przed skutkami zwarć, poprzez zastosowanie urządzeń zabezpieczających przed przetężeniem. Należy je zastosować odrębnie od urządzeń zabezpieczających inne obwody.

Umiejscowienie urządzeń zabezpieczających przed przetężeniem

Przy planowaniu umiejscowienia urządzeń zabezpieczających przed przetężeniem konieczne jest wzięcie pod uwagę, że powinny być umieszczone w tym punkcie, w którym zmniejszenie przekroju przewodów lub inna przyczyna obniża obciążalność prądową przewodów, z wyjątkiem sytuacji, gdy spełnione są wszystkie następujące warunki:

• Obciążalność prądowa przewodów jest co najmniej równa tej, która dotyczy obciążenia.
• Odcinek przewodu między punktem zmniejszenia obciążalności prądowej i umieszczeniem urządzenia zabezpieczającego przed przeciążeniem nie jest dłuższy

niż 3 m.

• Przewód jest zainstalowany w sposób zmniejszający możliwość powstania zwarcia, przykładowo osłonięty przez obudowę lub kanał kablowy.

Urządzenia zabezpieczające przed przetężeniem

Znamionowa zwarciowa zdolność wyłączania winna być co najmniej równa przewidywanej wartości prądu zwarciowego, który wystąpi w punkcie zainstalowania. Przy określaniu prądu zwarciowego konieczne jest uwzględnienie dodatkowych składowych nie pochodzących ze źródła zasilania (przykładowo od silników, czy od kondensatorów służących poprawie współczynnika mocy).

Dopuszcza się zastosowanie niższej zdolności wyłączania, pod warunkiem, że inne urządzenia zabezpieczające mają niezbędną zdolność wyłączania i są zainstalowane po stronie zasilania, jednak konieczne jest, by były tak skoordynowane, aby energia przepuszczana przez oba urządzenia połączone szeregowo nie przekraczała tej, którą jest w stanie wytrzymać bez uszkodzeń urządzenie zabezpieczające umieszczone po stronie obciążenia, oraz przewody zabezpieczane przez to urządzenie.

Jeśli stosuje się bezpieczniki topikowe jako zabezpieczenie przed przetężeniem, należy dobierać taki ich typ, by były one łatwo dostępne w kraju użytkowania, ewentualnie uzgodnić

z zamawiającym zaopatrzenie w części zapasowe.

Polska Norma PN-EN 60204-1 jest niezwykle obszernym dokumentem, zaś zawarte w niej wytyczne niezwykle istotne. W nadchodzących tygodniach postaramy się przybliżyć inne wybrane zagadnienia, tymczasem zachęcamy do zapoznania się z już opublikowanymi:

1. Ryzyko towarzyszące zagrożeniom związanym z wyposażeniem elektrycznym
2. Środowisko rzeczywiste i warunki pracy- wybrane parametry

Inne artykuły, które mogą Cię zainteresować:

1. Automatyzacja procesu spawania
2. Automatyzacja produkcji
3. Kim jest integrator automatyki przemysłowej?
4. Automatyzacja procesów produkcyjnych
5. Automatyka przemysłowa
6. Projektowanie instalacji elektrycznych – maszyny
7. Prefabrykacja szaf sterowniczych – dlaczego warto stosować standardy?
8. Programowanie PLC
9. Maszyny specjalne
10. Design for Assembly, automatyzacja produkcji