Od redakcji 7-8/2017

Szanowni Państwo,Okladka
Od nowego roku czasopismo „Elektroinstalator” będzie miało nowego wydawcę. Opiekuńcze skrzydła nad tym najstarszym w branży elektroinstalacyjnej tytułem roztoczyło Wydawnictwo SIGMA-NOT.

Więcej…

Ochrona urządzeń i instalacji elektrycznych przed przetężeniami

1Każdy prąd płynący przez urządzenie elektryczne lub instalację elektryczną o wartości większej niż wartość znamionowa nazywany jest prądem przetężeniowym. Może on doprowadzić do uszkodzenia urządzeń elektrycznych, a także przewodów zasilających i ich izolacji.

Powstałe na skutek przepływu prądu przetężeniowego awarie, mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa ludzi, środowiska oraz mienia. Przetężenia dzielą się na zwarcia i przeciążenia, które są najczęściej przyczynami awarii. W poniższym artykule przedstawiono jak chronić urządzenia i instalacje elektryczne przed tego rodzaju prądami przetężeniowymi. Na początku warto przypomnieć, czym różni się zwarcie od przeciążenia.

2Otóż zwarcie występuje wtedy, gdy nastąpi metaliczny zestyk pomiędzy żyłami przewodu fazowego i neutralnego, pomiędzy żyłami przewodu fazowego i ochronnego lub pomiędzy żyłami przewodów fazowych. Warto też przypomnieć, że szczególnym przypadkiem zwarcia może być metaliczny zestyk przewodu neutralnego i ochronnego. Skutkiem zwarcia jest przepływ prądu o bardzo dużym natężeniu mogącym osiągać wartości nawet kilkudziesięciu tysięcy amperów. Najczęstszymi przyczynami zwarć są:

  • nieprawidłowo wykonane podłączenia,
  • nieprawidłowa eksploatacja instalacji elektrycznej,
  • zestarzenie izolacji przewodów,
  • uszkodzenia mechaniczne izolacji podczas np. prac ziemnych,
  • utrata izolacji pomiędzy biegunami w odbiornikach.

Przeciążenia występują natomiast na skutek niekontrolowanego wzrostu mocy odbiornika wynikającego z jego awarii – jako przykład może posłużyć przypadek przeciążenia silnika. Inną przyczyną przeciążenia może być wzrost mocy odbiornika wynikający z błędnego jego podłączenia, czego przykładem może być zastosowanie niewłaściwego napięcia znamionowego odbiornika.

Przewody łączące odbiorniki energii elektrycznej ze źródłem zasilania należy chronić przed przetężeniami za pomocą urządzeń zabezpieczających, które samoczynnie wyłączą zasilanie w przypadku przeciążenia lub zwarcia. Tego typu urządzenia zabezpieczające dzieli się na:

  • zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowe,
  • zabezpieczenia przeciążeniowe,
  • zabezpieczenia zwarciowe.

3Wymagania dotyczące ochrony przed skutkami przepływu prądu zwarciowego i przeciążeniowego, zwane też ochroną przed prądem zwarciowym i przeciążeniowym, zawarto w normie PN-IEC 60364-4-43:1999 wycofanej w 2011 r., zastąpionej przez PN-HD 60364-4-43: 2012 – „Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-43: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed prądem przetężeniowym". Natomiast w normie PN-IEC 60364-4-473:1999 wycofanej w lipcu 2015 (brak zastąpienia) przedstawiono środki ochrony przed prądem przetężeniowym.

Zabezpieczenia zwarciowe
Można wyróżnić dwa rodzaje zabezpieczeń zwarciowych tj.: zabezpieczenia zwarciowe podstawowe i rezerwowe. Zabezpieczenie podstawowe ma za zadanie w możliwie jak najkrótszym czasie (a wręcz nawet bezzwłocznie) eliminować zwarcia powstałe w obrębie strefy objętej tym zabezpieczeniem. Do grupy tej można zaliczyć zabezpieczenia, które spełniają jednocześnie dwie funkcje: zabezpieczenia podstawowego danego elementu oraz rezerwowego zabezpieczenia zwłocznego sąsiednich elementów. Jeśli z jakiegoś powodu nie zadziała zabezpieczenie podstawowe to zabezpieczenie zwarciowe zwłoczne (rezerwowe) powinno zadziałać w możliwie jak najkrótszym czasie od chwili niezadziałania zabezpieczenia podstawowego.

Zabezpieczenie zwarciowe powinno być dobrane tak, aby przerwanie obwodu zwarciowego następowało, zanim dojdzie do uszkodzeń cieplnych czy mechanicznych w chronionych elementach lub przewodach. Ponadto powinno ono być tak dobrane, aby przerywać także prądy zwarciowe o wartościach większych niż prądy spodziewane. 

Wyróżnia się następujące miejsca montażu zabezpieczeń zwarciowych:

  • tam gdzie występuje zmiana przekroju przewodów na mniejszy,
  • tam gdzie następuje zmiana rodzaju przewodów na przewody o mniejszej długotrwałej obciążalności prądowej,
  • tam gdzie występuje zmiana sposobu ułożenia przewodów lub zmiana w instalacji powodująca pogorszenie warunków chłodzenia.

Znamionowa zdolność wyłączania urządzeń zabezpieczających nie powinna być mniejsza niż spodziewany maksymalny prąd zwarcia w miejscu zainstalowania urządzenia. Mniejsza zdolność wyłączania jest dopuszczalna tylko, gdy po stronie zasilania jest inne urządzenie zabezpieczające posiadające niezbędną zdolność wyłączania.

Zabezpieczenia przeciążeniowe
W przypadku przepływu prądu przeciążeniowego następuje nadmierne nagrzewanie przewodów, co może prowadzić do uszkodzenia instalacji oraz pożaru. Dlatego też w celu ochrony przed prądami przeciążeniowymi stosuje się zabezpieczenia przeciążeniowe (termobimetalowe), które powinny być tak dobrane, aby wyłączenie zasilania, a tym samym przerwanie prądu przeciążeniowego, nastąpiło zanim powstanie niebezpieczeństwo uszkodzenia izolacji, połączeń, zacisków na skutek nadmiernego wzrostu temperatury.

Wyzwalacze termobimetalowe w wyłącznikach do zastosowań domowych i podobnych nie mają możliwości zmiany nastawień prądu INr, Prąd ten jest ustawiony fabrycznie, jako równy prądowi znamionowemu wyłącznika (INr = INW). Inne są natomiast (w porównaniu z wyzwalaczami do wyłączników przemysłowych) prądy:

  • niezadziałania INt = 1,13 INW,
  • zadziałania It = 1,45 INW.

Miejsca montażu urządzeń zabezpieczających przed przeciążeniem są takie same jak dla zabezpieczeń zwarciowych wymienione powyżej. Prąd zadziałania zabezpieczenia oblicza się na podstawie poniższej zależności:

wzór1gdzie:
k2 – współczynnik krotności prądu powodującego zadziałanie urządzenia zabezpieczającego wynoszący: 1,6 – 2,1 dla wkładek bezpiecznikowych lub 1,45 dla wyłączników nadprądowych o charakterystyce B, C, D.
In – znamionowy prąd wyłącznika lub bezpiecznika.

Ponieważ wyłączniki nadprądowe mają lepiej dopasowane charakterystyki czasowo-prądowe do zabezpieczenia przewodów przed przeciążeniem, (o czym mówi nam mniejsza wartość współczynnika k2) pozwala to na stosowanie przewodów o mniejszym przekroju (czyli tez o mniejszej obciążalności prądowej długotrwałej).

Stosowanie zabezpieczeń przeciążeniowych nie jest wymagane, gdy:

  • przewody znajdujące się za miejscem zmniejszenia obciążalności prądowej długotrwałej są skutecznie chronione przed prądem przeciążeniowym przez zabezpieczenie zainstalowane po stronie zasilania,
  • w przewodach nie przewiduje się występowania prądów przeciążeniowych, a przewody te nie mają żadnych rozgałęzień, przyłączonych gniazd wtyczkowych i są skutecznie zabezpieczone przed prądami zwarciowymi,
  • w złączu instalacji, w którym operator stosuje urządzenie zabezpieczające przed przeciążeniem i zgadza się, aby zabezpieczało ono część instalacji między złączem a głównym punktem rozdzielczym instalacji, który jest wyposażony w kolejne zabezpieczenie przed przeciążeniem,
  • w przypadku obwodów telekomunikacyjnych, sterowniczych, sygnalizacyjnych i podobnych.

W przypadkach, kiedy zastosowanie urządzenia zabezpieczającego przed przeciążeniem mogłoby doprowadzić do powstania niebezpieczeństwa lub uszkodzenia dozwolone jest zaniechanie stosowania tego typu zabezpieczeń. Zatem obwodami, w których nie należy, stosować zabezpieczeń przeciążeniowych są:

  • obwody wzbudzenia maszyn wirujących,
  • obwody zasilania magnesów dźwigowych,
  • obwody wtórne przekładników prądowych,
  • obwody zasilające urządzenia gaszące pożar,
  • obwody zasilające urządzenia bezpieczeństwa (alarm włamaniowy, alarmy gazowe itd.)

Zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowe
Tego typu zabezpieczenia mogą być realizowane przez jedno urządzenie realizujące zarówno funkcje zabezpieczenia zwarciowego (termomagnetyczne), jak i przeciążeniowego (termobimetalowe) lub poprzez osobne urządzenia. Jeśli wybierzemy rozwiązanie wspólne to zabezpieczenie przed prądem przeciążeniowym musi mieć zdolność przerywania prądu o wartości nie mniejszej od wartości spodziewanego prądu zwarciowego mogącego wystąpić w miejscu zainstalowania zabezpieczenia zwarciowego. Wtedy takie zabezpieczenie przeciążeniowe może być uznawane również za zabezpieczenie zwarciowe przewodów znajdujących się za tym zabezpieczeniem patrząc od strony zasilania.

W przypadku wyboru zabezpieczenia przez osobne urządzenia należy pamiętać, aby charakterystyki obu rodzaju zabezpieczeń były tak skoordynowane by energia przenoszona przez zabezpieczenie zwarciowe nie była większa od energii, którą bez uszkodzenia może przenieść zabezpieczenie przeciążeniowe.

Podczas doboru zabezpieczeń przetężeniowych warto pamiętać o selektywności działania zabezpieczeń, czyli o tzw. działaniu wybiórczym. Oznacza to, że w przypadku uszkodzeń wywołujących przetężenie powinno działać tylko jedno zabezpieczenie zainstalowane najbliżej miejsca uszkodzenie patrząc od źródła zasilania.

Zabezpieczenia przetężeniowe powinny być stosowane we wszystkich przewodach liniowych i powinny tak działać, aby przerywać prąd tylko w tym przewodzie, w którym przetężenie wystąpiło. Natomiast przerywanie prądu we wszystkich przewodach liniowych jest konieczne i wymagane tylko wtedy, gdy przerwa w jednym przewodzie może doprowadzić do zagrożenia – co miałoby miejsce np. w przypadku silników trójfazowych.

W odniesieniu do przewodu neutralnego nie jest konieczne stosowanie urządzeń zabezpieczających, jeśli przekrój tego przewodu jest co najmniej równy przekrojowi przewodów liniowych, a ponadto spodziewany prąd płynący przez przewód neutralny nie przekroczy wartości prądu w przewodach liniowych. Jednak jeśli przekrój przewodu jest mniejszy od przekroju przewodów liniowych to konieczne, jest instalowanie urządzenia wykrywającego przeciążenie w przewodzie neutralnym dostosowanego do przekroju tego przewodu. Wykrycie przeciążenia w przewodzie neutralnym powinno spowodować wyłączenie przewodów liniowych, a nie przewodu neutralnego. Niezależnie od tego przewód neutralny powinien być zabezpieczony przed zwarciem, co może być realizowane przez zabezpieczenia przetężeniowe w przewodach liniowych.

 

(...)


Robert Gabrysiak

Pełna wersja artykułu w EI 1/2016 do zakupu na portalu www.e-czasopismo.pl oraz www.magazyn-online.com

Wyszukiwarka

like Newsletter!

like Nowości!

quote Na skróty

like Najczęściej czytane!

like Polecamy!

Znajdź nas na facebooku!

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem