Urządzenia elektryczne

dr inż. Piotr Paplicki

Katedra Elektroenergetyki i Napędów Elektrycznych,

Wydział Elektryczny ZUT w Szczecinie

2011/2012

Urządzenia elektryczne

Urządzenia elektryczne

Klasyfikacja urządzeń elektroenergetycznych

Urządzenia elektroenergetyczne

- wszystkie urządzenia i

elementy instalacji elektrycznych wysokiego i niskiego napięcia o
dużych

mocach

znamionowych,

rzędu

wielu

kilowatów,

przeznaczone

do

wytwarzania,

przesyłania,

rozdziału

i

przetwarzania energii elektrycznej.

Urządzenia elektryczne

- urządzenia niskiego napięcia o

umiarkowanych mocach znamionowych, tworzące instalacje
elektryczne w obiektach nieprzemysłowych i przemysłowych, a
także urządzenia oraz instalacje teletechniczne i elektroniczne,
przyrządy i obwody pomiarowe, sygnalizacyjne, sterowania,
monitorowania i inne.

Urządzenia elektryczne

Kryteriami podziału urządzeń

elektroenergetycznych są:



rodzaj prądu,



napięcie znamionowe,



przeznaczenie,



lokalizacja urządzeń.

Urządzenia elektryczne

Ze względu na napięcia robocze rozróżnia się

urządzenia niskiego i wysokiego napięcia



Do

urządzeń niskiego napięcia

zalicza się urządzenia o napięciu

znamionowym do:



1000V prądu przemiennego



1500 V prądu stałego.



Urządzenia wysokiego napięcia

dzieli się na urządzenia:



średniego napięcia (6÷30 kV),



wysokiego napięcia (110÷400 kV)



najwyższych napięć, powyżej 400 kV.

Urządzenia elektryczne

Pod względem funkcji pełniących w systemie

elektroenergetycznym urządzenia dzieli się na:



wytwórcze

(generatory),



przetwórcze

(transformatory, prostowniki, przetworniki),



przesyłowe

(linie napowietrzne, linie kablowe, szyny),



rozdzielcze

(odłączniki, rozłączniki, wyłączniki, bezpieczniki),



odbiorcze

(silniki, urządzenia oświetleniowe, grzejne i inne odbiorcze),



pomocnicze

(zabezpieczające, sygnalizacyjne, pomiarowe, sterownicze).

Urządzenia elektryczne

Z bardzo obszernego zbioru urządzeń elektroenergetycznych wyróżnia
się często ważną grupę urządzeń, zwanych

aparatami

. Są to urządzenia

przeznaczone

do

wykonywania

w

warunkach

roboczych

i

zakłóceniowych

następujących czynności:



łączeniowych (łączniki różnych typów),



pomiarowych,

głównie

dużych

wartości

prądów

i

napięć

(przekładniki, dzielniki napięcia),



ograniczania prądów zwarciowych (dławiki, ograniczniki prądu,
wyłączniki ograniczające, bezpieczniki),



ograniczania przepięć (iskierniki, ograniczniki przepięć),



rozruchowych i regulacyjnych (rozruszniki, regulatory).

Urządzenia elektryczne

wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne.



aparatura - termin ogólny dotyczący łączników i ich kombinacji z aparatami

sterowniczymi, zabezpieczeniowymi, regulacyjnymi i przyrządami pomiarowymi oraz

zespołów utworzonych z tych aparatów wraz z odpowiednimi połączeniami,

urządzeniami pomocniczymi, osłonami i konstrukcjami wsporczymi,



aparatura rozdzielcza - termin ogólny dotyczący łączników i ich kombinacji z

aparatami

sterowniczymi,

zabezpieczeniowymi,

regulacyjnymi

i

przyrządami

pomiarowymi oraz zespołów utworzonych z tych aparatów wraz z odpowiednimi

połączeniami, urządzeniami pomocniczymi, osłonami i konstrukcjami wsporczymi,

przeznaczonych głównie do użytkowania w dziedzinie wytwarzania, przesyłu,

rozdziału i przetwarzania energii elektrycznej,



aparatura sterownicza - termin ogólny dotyczy łączników i ich kombinacji z

aparatami

sterowniczymi,

zabezpieczeniowymi,

regulacyjnymi

i

przyrządami

pomiarowymi oraz zespołów utworzonych z tych aparatów wraz z odpowiednimi

połączeniami, urządzeniami pomocniczymi, osłonami i konstrukcjami wsporczymi,

przeznaczonych głównie do sterowania urządzeniami wykorzystującymi energię

elektryczną,

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

W zależności od miejsca zainstalowania i funkcji, jaką pełnią

urządzenia, dzieli się na:



urządzenia przemysłowe stosowane w zakładach przemysłowych,
górnictwie, rolnictwie itp.



urządzenia nieprzemysłowe, które obejmują zarówno:



urządzenia niskiego napięcia o niewielkich mocach znamionowych, instalowane w

domach mieszkalnych, biurach, szkołach itp.,



jak i urządzenia energetyki zawodowej wysokiego i niskiego napięcia, przeznaczone

do przesyłu i rozdziału energii oraz zasilania dużych zakładów przemysłowych w

energię elektryczną.

Podział zasadniczych części urządzeń elektrycznych:



przewodzące,



izolacyjne

- izolujące części przewodzące od części

konstrukcyjnych i od otoczenia,



magnetyczne

- przewodzące strumień magnetyczny,



konstrukcyjno-mechaniczne

–

układy

ruchome

mechaniczne oraz konstrukcje i osłony urządzeń.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Napięcia znamionowe



Napięcie znamionowe łączeniowe

U

e

- Wartość

napięcia,

która

łącznie

z

prądem

znamionowym

łączeniowym ustala zastosowanie łącznika i do której odnosi
się odpowiednie badania i kategorie użytkowania.



W łączniku jednobiegunowym napięcie znamionowe łączeniowe
jest określone jako napięcie na biegunie.



W łączniku wielobiegunowym jest ono określone jako napięcie
międzyfazowe.

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Napięcia znamionowe



Napięcie znamionowe izolacji

U

i

- Wartość napięcia, do

której są odniesione napięcie probiercze wytrzymałości
elektrycznej i odstępy izolacyjne powierzchniowe.



W żadnym przypadku największa wartość napięcia znamionowego
łączeniowego

U

e

nie może być większa niż znamionowe napięcia

izolacji.



W przypadku łącznika bez określonego napięcia znamionowego
izolacji przyjmuje się, że jest to największa wartość napięcia
łączeniowego.

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Napięcia znamionowe



Napięcie znamionowe udarowe wytrzymywane

U

imp

- Wartość szczytowa

udaru napięciowego o określonym kształcie i biegunowości, który aparat elektryczny
jest w stanie wytrzymać bez uszkodzenia w określonych warunkach probierczych, do
której się odnoszą wartości odstępów izolacyjnych.



Napięcie znamionowe udarowe wytrzymywane aparatu elektrycznego powinno być równe
wartości przyjętej dla przepięć przejściowych występujących w układzie, w którym ten
aparat jest zainstalowany, lub większe.

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Indeks cech pozostałych napięć znamionowych i

nieznamionowych oraz ich symboli



Napięcie znamionowe izolacji obwodu stojana

U

is



Napięcie znamionowe izolacji obwodu wirnika

U

ir



Napięcie znamionowe łączeniowe obwodu stojana

U

es



Napięcie znamionowe łączeniowe obwodu wirnika

U

er



Napięcie znamionowe obwodu sterowniczego

U

c



Napięcie znamionowe zasilania obwodu sterowniczego

U

s

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Prądy znamionowe



Prąd znamionowy łączeniowy

I

e

lub moc znamionowa łączeniowa - Ustalana

przez producenta wartość prądu, która jest związana z napięciem znamionowym
łączeniowym, częstotliwością znamionową, rodzajem pracy znamionowej, kategorią
użytkowania oraz obudową (jeżeli taka istnieje) chroniącą łącznik.

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

W przypadku łącznika przeznaczonego do
sterowania bezpośrednio jednym silnikiem
ustalenie prądu znamionowego łączeniowego
może

być

zastąpione

lub

uzupełnione

ustaleniem największej mocy znamionowej
sterowanego

przez

łącznik

silnika

przy

odpowiednim

napięciu

znamionowym

łączeniowym. Producent powinien podać
zależność między prądem łączeniowym a
mocą łączeniową jeżeli ją określił.

Prądy znamionowe

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006



Prąd cieplny umowny aparatu
elektrycznego

w

otwartej

przestrzeni

I

th

-

Największa

wartość

prądu

probierczego

stosowanego

w

sprawdzeniu

nagrzewania aparatu elektrycznego
bez obudowy, w otwartej przestrzeni-

przestrzeń w normalnych warunkach wnętrzowych
umiarkowanie wolną od przeciągów i zewnętrznego
promieniowania cieplnego.



Prąd znamionowy ciągły

I

u

- Ustalona przez producenta wartość

prądu, który aparat może przewodzić podczas pracy ciągłej.



Prąd cieplny umowny aparatu elektrycznego w otwartej przestrzeni (

I

th

) –



Wartość prądu cieplnego umownego łącznika w otwartej przestrzeni powinna być co
najmniej równa największej wartości prądu znamionowego łączeniowego

I

e

łącznika bez

obudowy podczas pracy ośmiogodzinnej.



Prąd ten nie jest wielkością znamionową i aparat elektryczny nie jest obowiązkowo nim
oznaczany.



Aparatem elektrycznym bez obudowy jest aparat dostarczony przez producenta bez
obudowy lub z obudową związaną, która zwykle nie stanowi jedynego elementu
osłaniającego.



Prąd cieplny umowny aparatu elektrycznego w obudowie (

I

the

)



Wartość prądu ustalona przez producenta w celu sprawdzenia nagrzewania aparatu
wmontowanego w określoną obudowę.



Sprawdzenie to należy przeprowadzić, przy czym jest ono obowiązkowe, jeżeli w katalogu
producenta aparat elektryczny jest określony jako aparat w obudowie i jeżeli jest
stosowany w jednej obudowie lub różnych obudowach określonego typu i wielkości.



Wartość prądu

I

the

powinna być równa co najmniej największej wartości prądu

znamionowego łączeniowego łącznika

I

e

w obudowie przy pracy ośmiogodzinnej.



Jeżeli aparat elektryczny jest przewidziany do stosowania w nieokreślonej obudowie,
sprawdzenie nie jest obowiązkowe, jeżeli przeprowadzono sprawdzenie nagrzewania
prądem cieplnym umownym w otwartej przestrzeni (I

th

). W tym przypadku producent jest

zobowiązany udzielić informacji co do wartości prądu cieplnego aparatu w obudowie lub
określić współczynnik jego zmniejszenia.

Indeks cech pozostałych prądów znamionowych i nieznamionowych oraz ich symboli



Prąd cieplny obwodu stojana

I

ths



Prąd cieplny obwodu wirnika

I

thr



Prąd graniczny wybiórczości

I

s



Prąd przełomowy

I

B



Prąd znamionowy

I

n



Prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany

I

cw



Prąd znamionowy łączeniowy obwodu stojana

I

es



Prąd znamionowy łączeniowy obwodu wirnika

I

er



Prąd znamionowy wyłączalny zwarciowy

I

cn

(zdolność znamionowa wyłączania zwarcia)



Prąd znamionowy wyłączalny zwarciowy eksploatacyjny

I

cs

(zdolność znamionowa wyłączania zwarcia eksploatacyjna)



Prąd znamionowy wyłączalny zwarciowy graniczny

I

cu

(zdolność znamionowa wyłączania zwarcia graniczna)



Prąd znamionowy załączalny zwarciowy

I

cm

(zdolność znamionowa załączania zwarcia)

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Urządzenia

elektryczne

stosuje

się

w

różnych

warunkach

środowiskowych, które mogą wpływać niekorzystnie na pracę i szybkość
ich zużywania się, a w pewnych przypadkach ograniczać lub eliminować
instalowanie niektórych, nieprzystosowanych konstrukcji.

Warunki te określa się głównie :



temperaturą,



wilgotnością,



ciśnieniem,



zanieczyszczeniem otaczającego powietrza
Urządzenia muszą być wykonane w taki sposób i z zastosowaniem takich
materiałów, aby była zapewniona skuteczna ochrona przed szkodliwym
oddziaływaniem środowiska oraz poprawna i bezpieczna praca urządzeń
w miejscu ich zainstalowania.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Wymagania stawiane urządzeniom elektrycznym



Urządzenia są wytwarzane z przeznaczeniem do instalowania
w pomieszczeniach zamkniętych (wykonanie wnętrzowe), na
wolnym powietrzu (wykonanie napowietrzne) lub w
wykonaniu specjalnym.



Warunki

środowiskowe

występujące

w

pomieszczeniach

zamkniętych

są

do

siebie

zbliżone

w

różnych

strefach

geograficznych, chociaż mogą się pojawiać istotne różnice wywołane
np.: temperaturą, wilgotnością czy narażeniami biologicznymi.



W bardzo odmiennych warunkach mogą natomiast pozostawać
urządzenia elektryczne instalowane na wolnym powietrzu w różnych
warunkach środowiskowych. Z tego względu przyjęto wyróżniać 5
charakterystycznych stref klimatycznych.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Wymagania stawiane urządzeniom elektrycznym

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Wymagania stawiane urządzeniom elektrycznym

Tablica 1. Klasyfikacja stref klimatycznych



Urządzenia instalowane w klimacie innym niż umiarkowany
muszą być wykonane w wersji przeznaczonej do pracy w
specyficznych

dla

danego

klimatu

warunkach

środowiskowych, określanych granicznymi dopuszczalnymi
wartościami różnych wielkości fizycznych, umożliwiającej
prawidłową

pracę

urządzeń

w

czasie

technicznie

i

ekonomicznie uzasadnionym.



Oprócz warunków środowiskowych właściwych dla różnych
stref klimatycznych mogą występować lokalne zmiany klimatu
powodowane

obecnością

niektórych

gałęzi

przemysłu

(kopalnie,

huty,

przemysł

budowlany,

chemiczny),

charakteryzujące się zwiększonym zapyleniem, pojawianiem
się

agresywnych

związków

chemicznych,

zwiększoną

wilgotnością i innymi zanieczyszczeniami powietrza.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Wymagania stawiane urządzeniom elektrycznym



Również same urządzenia w czasie pracy mogą oddziaływać
ujemnie na środowisko przez podwyższenie temperatury
pomieszczenia,

hałas,

wibracje,

możliwość

porażenia

elektrycznego, powstanie pól elektromagnetycznych czy
wywołanie pożaru.



Oddziaływania te muszą być wyeliminowane lub ich intensywność
ograniczona do poziomu nieszkodliwego i niedokuczliwego dla ludzi
oraz niezakłócającego pracę innych urządzeń.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Wymagania stawiane urządzeniom elektrycznym



Urządzenia elektryczne powinny być chronione przed szkodliwym
oddziaływaniem środowiska.



Urządzenia te mogą również stwarzać zagrożenie dla obsługi i otoczenia.

Wyposaża się je, więc:



w obudowy lub osłony, które powinny być dobrane w ten sposób, aby spełniały

odpowiednie wymagania.



Właściwy dobór stopnia ochrony ma zapewnić wysoką niezawodność
pracy i bezpieczeństwo użytkowania urządzeń elektrycznych.



Obudowa lub osłona powinna być tak wykonana, aby przypisany jej stopień

ochrony był niezmienny w czasie, w całym okresie eksploatacji.



Materiał obudowy lub osłony nie może zmieniać swoich własności pod wpływem:



temperatury,



wilgotności,



promieniowania UV



lub agresywnego środowiska odpowiednio do warunków środowiskowych pracy.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA

Rozróżnia się:



siedem stopni ochrony przed dotknięciem lub zbliżeniem
do części będących pod napięciem lub ruchomych oraz przed
przedostaniem się do wnętrza urządzeń obcych ciał stałych,



dziewięć stopni ochrony urządzeń przed wnikaniem do
wnętrza urządzenia wody.

Stopień ochrony osłony lub obudowy oznaczony jest literami

IP

(Internal Protection)

oraz dwoma cyframi, które

określają cechy osłony lub obudowy.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Pierwsza cyfra

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Druga cyfra

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA

OCHRONA URZĄDZEŃ

PRZED SZKODLIWYM

ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA



W oznaczeniu stopnia ochrony mogą występować również duże
litery na trzecim i czwartym miejscu po literach IP. Litery te
zawierają dodatkowe i uzupełniające informacje o:

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA



ochronie przed dostępem do
części

niebezpiecznych

(litera dodatkowa na trzecim
miejscu, np. IP43A)



rodzaju urządzenia i jego
odporności

na

różne

warunki pogodowe (litera
dodatkowa

na

czwartym

miejscu, np. IP43AH).



Jeżeli urządzenie nie jest określone cyfrą lub cyframi, to należy ją (je)
zastąpić literą X (literami XX), np.:

IP4X
IPX4

IPXX

Liter, jeżeli nie występują po cyfrach, nie zastępuje się innymi symbolami.



Normy niektórych krajów wymagają, aby przy oznaczeniu kodem IP
zamieszczać trzecią cyfrę znaczącą np.:

IPXX3

określającą zasadę oznaczenia udarności.
Cyfra ta charakteryzuje odporność obudowy lub osłony na uderzenia

mechaniczne.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED SZKODLIWYM ODDZIAŁYWANIEM

ŚRODOWISKA

Urządzenia

elektryczne

są

narażone

na

działanie

otaczającego

środowiska.

Uwzględnienie oddziaływania środowiska to uwzględnienie wpływu takich

czynników, jak:

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA I KODYFIKACJA WPŁYWÓW ZEWNĘTRZNYCH



temperatura otoczenia;



wilgotność;



wysokość

nad

poziomem

morza;



obecność wody;



obecność obcych ciał stałych;



obecność

substancji

powodujących

korozję

lub

zanieczyszczenie;



narażenia mechaniczne;



obecność flory i/lub pleśni;



obecność fauny;



oddziaływanie
elektromagnetyczne,
elektrostatyczne i jonizujące;



promieniowanie słoneczne;



wstrząsy sejsmiczne;



wyładowania

atmosferyczne,

poziom kerauniczny (przeciętna
liczba dni burzowych w roku);



ruch powietrza;



wiatr.

Wpływy zewnętrzne to również użytkowanie urządzeń. W tej grupie

analizuje się następujące elementy:

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA I KODYFIKACJA WPŁYWÓW ZEWNĘTRZNYCH



zdolność osób,



rezystancję ciała ludzkiego,



styczność ludzi z potencjałem ziemi,



warunki ewakuacji,



rodzaj produkowanych lub magazynowanych
materiałów.

Istotna jest również konstrukcja obiektów budowlanych, w których

znajdują się urządzenia elektryczne. Bierze się wówczas pod uwagę:

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA I KODYFIKACJA WPŁYWÓW ZEWNĘTRZNYCH



materiały konstrukcyjne,



konstrukcję budynku.

Rodzaje wpływów zewnętrznych są

oznaczone za pomocą kodu:

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA I KODYFIKACJA WPŁYWÓW ZEWNĘTRZNYCH

Skrócony wykaz wpływów zewnętrznych (wg PN-IEC 60364-3:2000)

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Cechy urządzeń elektrycznych ze względu na obecność wody

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Cechy urządzeń elektrycznych ze względu na obecność

obcych ciał stałych

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Cechy urządzeń elektrycznych ze względu na obecność flory i fauny

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH



Środki ochrony, które zapewnia konstrukcja urządzenia lub
wyposażenia, uważa się za skuteczne w danych warunkach
wypływów zewnętrznych, jeżeli zostały wykonane odpowiednie
badania danej konstrukcji w określonych warunkach wpływów
zewnętrznych.



Urządzenia

powinny

być

łatwo

identyfikowalne

przez

umieszczenie

na

nich

tabliczek

lub

innych

środków

identyfikacyjnych.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Przy

uwzględnianiu

wpływów

zewnętrznych

urządzenia dobiera się, biorąc również pod uwagę
niezawodność

działania

środków

ochrony

w

zakresie:



ochrony przeciwporażeniowej,



ochrony przed skutkami oddziaływania cieplnego,



ochrony przed prądem przetężeniowym,



ochrony przed spadkiem napięcia,



odłączania i łączenia.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZED SKUTKAMI ODDZIAŁYWANIA CIEPLNEGO URZĄDZEŃ

ELEKTRYCZNYCH



Urządzenia elektryczne powinny być tak zaprojektowane, aby osoby oraz urządzenia
stałe i materiały trwałe zamocowane, znajdujące się w pobliżu tych urządzeń, były
chronione przed szkodliwymi skutkami nagrzewania lub promieniowania cieplnego
wywołanego przez te urządzenia elektryczne. Takimi szkodliwymi skutkami mogą być
oparzenia, spalenie lub zniszczenie materiału oraz zakłócenia w poprawnym działaniu
innych urządzeń.



Aby urządzenie elektryczne nie powodowało oparzeń, jego dostępne części nie
powinny przekraczać odpowiednich wartości dopuszczalnych temperatur.

Tablica 1. Dopuszczalne temperatury pracy części dostępnych urządzenia elektrycznego - ochrona przed oparzeniem

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZED SKUTKAMI ODDZIAŁYWANIA CIEPLNEGO URZĄDZEŃ

ELEKTRYCZNYCH



Jeżeli w instalacji występują elementy, których temperatura przekracza nawet
krótkotrwale wartości podane w tabl. 1, to należy je osłonić w sposób uniemożliwiający
ich dotknięcie.



Urządzenie do wymuszonego ogrzewania powietrzem powinno być tak wykonane, aby
jego elementy grzejne nie mogły być włączone przed ustaleniem się odpowiedniego
przepływu powietrza.



Urządzenia do wytwarzania gorącej wody lub pary powinny być tak wykonane i
zainstalowane, aby niemożliwe było ich przegrzanie we wszystkich warunkach pracy.



Stałe urządzenia elektryczne, mogące stwarzać zagrożenie pożarowe, powinny być
montowane na elementach z materiałów odpornych na temperaturę.



Urządzenia elektryczne powinny być tak montowane, aby było możliwe rozpraszanie
się ciepła w bezpiecznej odległości od wszystkich materiałów, które mogłyby być
narażone na szkodliwe jego działanie.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZED SKUTKAMI ODDZIAŁYWANIA CIEPLNEGO URZĄDZEŃ

ELEKTRYCZNYCH



Jeżeli urządzenie elektryczne przyłączone na stałe może w czasie
normalnej pracy powodować powstanie łuku elektrycznego lub iskrzenie,
to powinno ono być całkowicie osłonięte materiałem odpornym na
działanie łuku elektrycznego.



Materiał

odporny

na

działanie

łuku

elektrycznego

powinien

charakteryzować się małą przewodnością cieplną właściwą, być niepalny
oraz mieć odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.



Jeżeli urządzenie elektryczne zawiera znaczące ilości palnej cieczy (co
najmniej 25 l), to należy przewidzieć odpowiednie środki zapobiegające
rozprzestrzenianiu się płonącej cieczy i produktów jej spalania.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

I ELEKTRONICZNYCH W ZAKRESIE OCHRONY PRZECIWPORAśENIOWEJ



Klasyfikacją są objęte urządzenia elektryczne i elektroniczne niskiego
napięcia, które zasilane są z zewnętrznego źródła.



Urządzenia te są podzielone na klasy ze względu na wymagany lub możliwy do
zastosowania sposób ochrony przeciwporażeniowej w przypadku uszkodzenia
izolacji.



Ochrona może być zapewniona przez:



środowisko

(otoczenie),



przez same

urządzenia



lub przez

sieć zasilającą

.



Podział powyższy obejmuje urządzenia elektryczne i elektroniczne, które
są przyłączone do zewnętrznych źródeł energii w sieciach o napięciu
międzyfazowym nie wyższym niż 440 V i napięciu względem ziemi nie
wyższym niż 250 V i są użytkowane w mieszkaniach, biurach,
warsztatach, szkołach, gospodarstwach wiejskich i ogrodniczych, placach
budowy, pomieszczeniach medycznych itp.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

I ELEKTRONICZNYCH W ZAKRESIE OCHRONY PRZECIWPORAśENIOWEJ

Klasa ochronności 0

Ochrona przeciwporażeniowa polega na zastosowaniu w urządzeniach tylko

izolacji

podstawowe

j.



Korzystanie z takich urządzeń powinno być ograniczone do miejsc, w których są
zapewnione odpowiednio korzystne warunki środowiskowe.



Podstawowym warunkiem jest użytkowanie takich urządzeń na izolowanych
stanowiskach, co w wielu przypadkach nie jest przestrzegane.



Odbiorniki w klasie ochronności 0 można również zasilać indywidualnie przez
transformator separacyjny.



Dąży się do ograniczenia produkcji i stosowania tego rodzaju urządzeń. Zgodnie z
przepisami niemieckimi (DIN VDE) urządzenia o tej klasie ochronności nie są
dopuszczane do stosowania.

Klasy urządzeń nie stanowią gradacji poziomu bezpieczeństwa, lecz określają środki,
których zastosowanie zapewnia bezpieczeństwo.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

I ELEKTRONICZNYCH W ZAKRESIE OCHRONY PRZECIWPORAśENIOWEJ

Klasa ochronności I

Stosowana jest ochrona przeciwporażeniowa podstawowa (ochrona przed

dotykiem bezpośrednim) oraz zastosowany jest również dodatkowy środek

bezpieczeństwa.



Części przewodzące dostępne takich urządzeń są wyposażone w zacisk
ochronny, do którego przyłącza się przewód PE.



W razie uszkodzenia ochrony podstawowej

(izolacji) następuje

samoczynne zadziałanie urządzeń ochronnych przetężeniowych lub
różnicowoprądowych. Uzyskuje się przez to wymóg, że na częściach
przewodzących dostępnych nie może utrzymywać się długotrwale
napięcie przekraczające wartości napięć uznanych za bezpieczne w
przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

I ELEKTRONICZNYCH W ZAKRESIE OCHRONY PRZECIWPORAśENIOWEJ

Klasa ochronności II

W urządzeniach tych ochrona przeciwporażeniowa jest

zapewniona przez

izolację podstawową

i

izolację

dodatkową

(izolacja podwójna) lub przez izolację wzmocnioną

części czynnych.



Nie jest wymagany przewód ochronny (PE) w instalacji
zasilającej takie urządzenie.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

I ELEKTRONICZNYCH W ZAKRESIE OCHRONY PRZECIWPORAśENIOWEJ

Klasa ochronności III

Ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zasilanie

urządzenia ze źródła

bardzo niskiego napięcia SELV

lub

PELV

, którego napięcie nie przekracza napięcia U

L

(dotykowego dopuszczalnego), mogącego się utrzymywać
długotrwale w danych warunkach.



Urządzenie

takie

nie

może

być

przyłączone

do

jakiegokolwiek innego źródła napięcia.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

I ELEKTRONICZNYCH W ZAKRESIE OCHRONY PRZECIWPORAśENIOWEJ

Dane

charakteryzujące

klasy

ochronności

urządzeń

elektrycznych

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZECIWPORAśENIOWA

Podstawowa

zasada

ochrony

przed

porażeniem

prądem

elektrycznym:



niebezpieczne części czynne nie powinny być dostępne,



a dostępne części przewodzące nie powinny być niebezpieczne
w warunkach normalnych lub w przypadku pojedynczego
uszkodzenia.

Pod uwagę należy brać każde uszkodzenie, które powoduje, że

część przewodząca dostępna, nie będąca pod napięciem w
warunkach normalnych, staje się częścią niebezpieczną (np. na
skutek uszkodzenia izolacji).

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZECIWPORAśENIOWA

Ochrona przeciwporażeniowa powinna być przewidziana

dla wszystkich urządzeń elektrycznych i instalacji przez
zastosowanie:

1.

w

normalnych

warunkach

pracy

ochrony przed

dotykiem bezpośrednim,

inaczej nazywanej

ochroną

podstawową;

2.

w przypadku uszkodzenia

ochrony przed dotykiem

pośrednim,

inaczej

nazywanej

ochroną

przy

uszkodzeniu

lub

ochroną dodatkową;

3.

ochrony zarówno w warunkach normalnych, jak i w
przypadku uszkodzenia.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZECIWPORAśENIOWA

Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania

Jest to środek ochrony, w którym ochroną podstawową stanowi izolacja

między

częściami

czynnymi

i

częściami

przewodzącymi

dostępnymi,

a

ochronę

dodatkową

stanowi

samoczynne

wyłączenie zasilania w przypadku zagrożenia niebezpiecznymi
skutkami patofizjologicznymi przy uszkodzeniu izolacji podstawowej.



Samoczynne wyłączenie zasilania powinno nastąpić w wymaganym
czasie wówczas, gdy na skutek uszkodzenia ochrony podstawowej na
części przewodzącej dostępnej pojawi się napięcie, które ze względu na
wartość i czas utrzymywania może powodować przy dotyku tej części
niebezpieczne dla ludzi skutki patofizjologiczne.



Środek ten wymaga koordynacji układu sieciowego (TN, TT, IT),
parametrów przewodów ochronnych (połączenia z uziomem za
pomocą przewodu ochronnego, będącego jednym z przewodów
instalacji lub wprost z niezależnym uziomem) i urządzeń ochronnych
(urządzenia ochronne przetężeniowe, różnicowoprądowe, urządzenia
kontroli stanu izolacji).

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZECIWPORAśENIOWA

Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie sieci

TN

•

Warunkiem

samoczynnego

wyłączenia

jest

stosowanie

urządzeń ochronnych i przewodów tak dobranych, aby w
przypadku zwarcia o pomijalnej impedancji przewodu fazowego z
przewodem ochronnym lub częścią przewodzącą dostępną
nastąpiło samoczynne wyłączenie zasilania w

określonym

czasie.

Wymaganie to będzie zapewnione przy spełnieniu warunku:

Maksymalne czasy t wyłączenia w układach sieci TN; (wg PN-IEC 60364-4-41)

Zs - impedancja pętli
zwarciowej, Ia - prąd

powodujący samoczynne

zadziałanie urządzenia

ochronnego w wymaganym

czasie, Uo - napięcie między

przewodem fazowym i

neutralnym - znamionowe

napięcie względem ziemi.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Środek ochrony: Samoczynne wyłączenie zasilania

W przypadku powstania zwarcia o pomijalnej impedancji pomiędzy przewodem

liniowym a częścią przewodzącą dostępną lub przewodem ochronnym w obwodzie,
urządzenie ochronne powinno samoczynnie przerwać zasilanie przewodu liniowego
obwodu lub urządzenia w czasie wymaganym:

Ochrona przed porażeniem elektrycznym

Dłuższe czasy wyłączenia niż wymagane w tym punkcie mogą być dopuszczone w

sieciach rozdzielczych oraz elektrowniach i w sieciach przesyłowych systemów.

Krótsze czasy wyłączenia mogą być wymagane dla specjalnych instalacji lub lokalizacji.
Dla układu IT samoczynne wyłączenie nie jest zwykle wymagane po pojawieniu się

pierwszego zwarcia.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZECIWPORAśENIOWA

Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie sieci

TN

Rys. 2.3. Działanie na organizm ludzki prądu elektrycznego o
częstotliwości 15 100 Hz przy przepływie prądu na drodze obie
stopy-lewa ręka (rys. 2.4) wg IEC Report 479-1
AC-1 - brak reakcji organizmu;
AC-2 - brak szkodliwych efektów fizjologicznych;
AC-3 - brak ryzyka migotania komór serca;
AC-4 - prawdopodobieństwo migotania komór serca:

AC-4.1 - 5%,
AC-4.2 - do 50% ,
AC-4.3 - powyżej 50% .

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

OCHRONA PRZECIWPORAśENIOWA

Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie sieci

TN

W sieci TN mogą być stosowane następujące urządzenia

ochronne:



urządzenia ochronne przetężeniowe:



bezpiecznik,



wyłącznik nadprądowy,



urządzenia ochronne różnicowoprądowe.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ



Aby zapewnić pełną funkcjonalność instalacji elektrycznej, dzieli sieją na
obwody elektryczne. Uzyskuje się wówczas jeden z podstawowych
elementów funkcjonalności: uszkodzenie w części instalacji nie powoduje
wyłączenia całej instalacji, umożliwiając poprawną pracę wielu odbiorników.



Podział instalacji może być taki, że pojawia się w niej kilka bądź nawet
kilkadziesiąt obwodów. Takie podejście w budowie instalacji wymaga
zapewnienia poprawnego załączania i wyłączania obwodów, ich
zabezpieczenia i poprawnego rozwiązania ochrony przeciwporażeniowej.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Te wymagania są realizowane za pomocą:



urządzeń ochrony przed dotykiem pośrednim zapewniających
samoczynne wyłączenie zasilania, do których zalicza się:



urządzenia ochronne przetężeniowe,



urządzenia ochronne różnicowoprądowe,



urządzenia stałej kontroli izolacji;



urządzeń zabezpieczających od skutków przetężeń;



urządzeń zabezpieczających przed przepięciami;



urządzeń

zabezpieczających

przed

skutkami

obniżenia

napięcia.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ



Przy tak dużej liczbie możliwych do zastosowania urządzeń ochronnych
bardzo ważna jest koordynacja różnych urządzeń ochronnych. Realizuje się
to przez:



odpowiedni wybór urządzeń ochronnych przetężeniowych,



analizę współpracy urządzeń ochronnych różnicowoprądowych z urządzeniami
ochronnymi przetężeniowymi.



Wszystkie te wymagania i działania realizuje się za pomocą łączników,
które powinny być tak skonstruowane, aby styki ruchome wszystkich
biegunów łączników wielobiegunowych były sprzężone mechanicznie. Styki
te powinny się zwierać i rozwierać jednocześnie, z wyjątkiem styków
przeznaczonych do łączenia przewodu neutralnego, które mogą zamykać się
wcześniej, a otwierać później niż inne styki.



Styki łącznika nie powinny łączyć przewodu ochronnego lub ochronno-
neutralnego.



Aby uniknąć zbędnych wyłączeń zasilania

oraz właściwie dobrać

zabezpieczenie

wg

określonych

kryteriów,

charakterystyki

urządzeń

zabezpieczających i możliwość nastawienia wartości danej wielkości
powinny zapewnić poprawną selektywność ich działania.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe



Zabezpieczenie przeciążeniowe i/lub zwarciowe można realizować za pomocą:



bezpieczników z wkładkami topikowymi,



wyłączników wyposażonych w wyzwalacze przeciążeniowe i zwarciowe.



Wymienione urządzenia, pracujące w sieciach i instalacjach elektrycznych,
powinny działać w sposób selektywny. Oznacza to, że w przypadku wystąpienia
przetężenia i przepływu prądu zakłóceniowego przez kilka szeregowo
połączonych zabezpieczeń powinno działać tylko jedno zabezpieczenie, które
jest zainstalowane najbliżej uszkodzonego miejsca w kierunku źródła zasilania.



W przypadku ochrony przeciążeniowej selektywność urządzeń ochronnych jest
zapewniona,

jeżeli

urządzenia

te,

zainstalowane

szeregowo,

mają

charakterystykę czasowo-prądową zależną, a prąd znamionowy

I

n

urządzenia

zainstalowanego dalej od źródła zasilania jest mniejszy niż prąd znamionowy

I

n

urządzenia zainstalowanego bliżej źródła zasilania.



W przypadku zabezpieczeń zwarciowych zapewnienie selektywności ich
działania wymaga innego podejścia, gdyż prądy zwarciowe mogą osiągać
wartości kilkaset, a nawet więcej razy większe niż wartości prądów roboczych.
Tak duże prądy płyną w bardzo krótkim czasie i pobudzają wszystkie
urządzenia zabezpieczające zainstalowane szeregowo.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Jako prąd

I

2

zadziałania bezpieczników można przyjmować wartość prądu probierczego górnego

wkładek bezpiecznikowych. Prąd probierczy górny jest to prąd, który powoduje zadziałanie
wkładki topikowej w określonym (umownym) czasie trwania próby.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ



Zabezpieczenie przed skutkami prądu zwarciowego



Przerwanie przepływu prądu zwarciowego w obwodzie powinno nastąpić, zanim pojawi się
niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w przewodach i połączeniach. Wymaga
to poprawnego dobrania urządzenia zabezpieczającego przed skutkami przepływu prądu
zwarciowego (zabezpieczenia zwarciowego).



Prąd, który może płynąć w zwartym obwodzie nazywa się spodziewanym prądem zwarciowym. Jego
wartość powinna być znana w chwili doboru zabezpieczenia zwarciowego. Przewidywane wartości
prądów zwarciowych należy więc określić w tych miejscach, w których ich znajomość jest
niezbędna.



Dla danego obwodu elektrycznego wartość prądu zwarciowego będzie malała wraz z oddalaniem
się od źródła zasilania, ponieważ zwiększać się będzie impedancja obwodu impedancja przewodów
zależy od ich przekroju poprzecznego i ich długości. Na ogół podczas doboru zabezpieczeń
zwarciowych charakterystycznym miejscem, dla którego oblicza się wartość spodziewanego prądu
zwarciowego, będzie rozdzielnica, w której zabezpieczenie zwarciowe jest zainstalowane.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ



Zabezpieczenie przed skutkami prądu zwarciowego

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ



Zabezpieczenie przed skutkami prądu zwarciowego

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Zasady doboru zabezpieczeń odbiorników

Podstawowym warunkiem skuteczności działania zabezpieczeń przetężeniowych jest

wymaganie, aby charakterystyki czasowo-prądowe zabezpieczeń przebiegały
poniżej charakterystyk cieplnych odbiorników. Najczęściej jednak nie są znane
charakterystyki cieplne odbiorników, przedstawiające dopuszczalne czasy trwania
obciążenia o określonej wartości prądu, przy którym nie jest jeszcze przekroczona
temperatura

graniczna

dopuszczalna

dla

poszczególnych

elementów

urządzeń.Warunek ten można uznać za spełniony, jeżeli prąd nastawienia In
zabezpieczeń przeciążeniowych jest nie większy niż wyrażony zależnością:

I

n

= (l,0÷1,l)

I

NM



w której I

NM

- prąd znamionowy odbiornika (silnika).

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

W celu uniknięcia niepożądanego działania wyłączników oraz

wyłączenia obwodów i odbiorników, prądy działania wyzwalaczy
elektromagnetycznych wyłączników I

wm

, jako zabezpieczeń

zwarciowych, powinny być większe od największych chwilowych
wartości prądów roboczych I

rm

, występujących podczas rozruchu

silników, hamowaniu przeciwprądem i rewersowaniu.

W rozwiązaniach praktycznych wymaga się, aby spełniony był

warunek

I

wm

≥l,2·

I

rm

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia

DOBÓR I MONTAś APARATURY ŁĄCZENIOWEJ I STEROWNICZEJ

Prądy znamionowe wkładek topikowych bezpieczników do zabezpieczenia przed skutkami zwarć

powinny być ustalone z uwzględnieniem typu wkładek (aM, gL, B i in.) oraz czasu trwania
rozruchu, zależnego od momentu hamującego podczas rozruchu (rozruch lekki, średni, ciężki).

Prądy znamionowe wkładek bezpiecznikowych powinny być jedynie nieco większe od

znamionowych prądów silników indukcyjnych pierścieniowych.

Przy wyznaczaniu znamionowych prądów wkładek bezpiecznikowych (I

NF

) zabezpieczających

silniki klatkowe można posługiwać się następującymi zależnościami:

I

NF

≥ I

NM

I

NF

≥ I

rm

/

α

= k

r

· I

NM

/

α

I

NM

- prąd znamionowy silnika, I

rm

- największa wartość prądu rozruchowego, k

r

= I

rm

/ I

NM

- krotność prądu

rozruchowego,

α

- współczynnik zależny od typu wkładki oraz rodzaju i częstości rozruchów:

Kategoria użytkowania - Kategoria użytkowania aparatu elektrycznego

określa jego przewidziane zastosowanie i powinna być ustalona w
normie wyrobu, przy czym jest ona scharakteryzowana przez jedną
lub więcej z następujących cech:



prąd(-y), wyrażony(-e) wielokrotnością(-ami) prądu znamionowego
łączeniowego,



napięcie(-a)

wyrażone

wielokrotnością(-ami)

napięcia

znamionowego łączeniowego,



współczynnik mocy lub stała czasowa,



działanie w warunkach zwarciowych,



wybiórczość,



inne warunki pracy, jeżeli występują.

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Postanowienia ogólne wg PN-EN 60947-1 lipiec 2006