2014-11-29
Zagrożenia
� Nienormalne stany pracy powodują zagrożenia urządzeń i
Bezpieczeństwo użytkowania urządzeń
elementów instalacji oraz otoczenia
� Do stanów nienormalnych należą:
elektrycznych
� przetężenia prądowe powodowane prądami:
� Przeciążeniowymi
Wykład 10
� Zwarciowymi
Instalacje elektryczne
� chwilowe zaniki napięcia
Zabezpieczenia
� Projektując instalacje elektroenergetyczne, należy
przewidzieć zabezpieczenia zapobiegające zagrożeniom
wynikającym z tego powodu
2
Podstawowe zasady Przykłady stosowanych zabezpieczeń
� Zabezpieczenie przewodu lub urządzenia, przed prądami
przetężeniowymi, powinno być zlokalizowane przed
urządzeniem, a w przypadku przewodu na jego początku.
� Zabrania się zabezpieczać przewody uziemień
ochronnych i roboczych, przewody ochronne oraz
przewody odgromowe linii napowietrznych.
� Urządzenia zabezpieczające muszą mieć zdolność
przerywania przepływu prądu przetężeniowego o wartości
nie mniejszej niż wartość prądu zwarciowego
początkowego, mogącego występować tuż za miejscem
zainstalowania danego zabezpieczenia.
3 4
Rozmieszczenie zabezpieczeń
Urządzenia zabezpieczające przewody powinny być umieszczane:
1. Na początku każdej linii oraz na początku każdego odcinka linii, w którym
obciążalność przewodu jest mniejsza od obciążalności przewodu poprzedniego odcinka
linii za wyjątkiem przypadków podanych w pkt. 3.
2. Na początku linii dwustronnie zasilanej.
3. Jeżeli podane w pkt. 1 umieszczenie urządzenia zabezpieczającego przewód na linii
odgałęzionej jest trudne, dopuszczalne jest umieszczenie urządzenia zabezpieczającego
w dalszej odległości od punktu rozgałęzienia, pod warunkiem, że odcinek linii o
mniejszej obciążalności, zawarty między punktem rozgałęzienia a zabezpieczeniem
spełnia poniższe wymagania:
� przekroje przewodu odgałęzionego są mniejsze od przewodu głównego nie więcej
niż trzy stopnie znormalizowanych przekrojów z tego samego materiału
przewodzącego,
� przewody są zabezpieczone od uszkodzeń mechanicznych i ani przewody ani ich
osłony nie stykają się z przedmiotami zapalnymi,
� przewody nie przechodzą przez pomieszczenie niebezpieczne pod względem
5 6 wybuchowym.
1
2014-11-29
Rozmieszczenie zabezpieczeń Zabezpieczanie przewodów i kabli
Wyróżnia się trzy rodzaje urządzeń zabezpieczających przewody w obwodach
Zalecenia dodatkowe:
elektroenergetycznych:
� Jako urządzenia nadmiarowo-prądowe zabezpieczające
� Chroniące przed prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi.
przewody stosowane są najczęściej nadprądowe
� wyłączniki wyposażone w wyzwalacze przeciążeniowe,
wyłączniki instalacyjne lub bezpieczniki. � wyłączniki współpracujące z bezpiecznikami topikowymi,
� bezpieczniki z wymienialnymi wkładkami topikowymi.
� Najtańszym zabezpieczeniem są bezpieczniki.
� Chroniące tylko przed prądami przeciążeniowymi. Urządzenia te mają
� Najwygodniejszym w obsłudze zabezpieczeniem są
zazwyczaj charakterystykę czasowo-prądową zależną i działają z
wyłączniki instalacyjne
opóz
nieniem tym mniejszym im większa jest wartość prądu.
� Chroniące tylko przed prądami zwarciowymi. Urządzenia te można
stosować w przypadku, gdy zabezpieczenie przetężeniowe jest zrealizowane
innym sposobem lub gdy nie jest ono konieczne.
� wyłączniki wyposażone w wyzwalacze zwarciowe (elektromagnesowe),
� bezpieczniki topikowe.
7 8
Zabezpieczenie przed prądem przeciążeniowym
Zabezpieczenie przed prądem przeciążeniowym
� Charakterystyka działania urządzenia zabezpieczającego przewody od przeciążenia
powinna spełniać następujące warunki
� Urządzenia zabezpieczające przeciążeniowe mają za
IB Ł� IN Ł� IZ
zadanie przerywać przepływ prądu przeciążeniowego,
zanim wystąpi niebezpieczeństwo uszkodzenia izolacji,
I2 Ł�1,45IZ
połączeń zacisków oraz otoczenia na skutek
nadmiernego wzrostu temperatury.
� IB  prąd obliczeniowy (obciążenia) w obwodzie elektrycznym,
� IZ  obciążalność prądowa długotrwała przewodu,
� IN  prąd znamionowy urządzenia zabezpieczającego (w urządzeniach
zabezpieczających mających możliwość regulowania wartości prądu, prąd IN jest
prądem nastawionym),
� I2  prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego; w praktyce przyjmowany jako
wartość prądu powodującego działanie wyłączników lub bezpieczników w
określonym czasie, podawany przez producentów w danych katalogowych
9 10
Zabezpieczenie przed prądem przeciążeniowym Zabezpieczenia przewodów przed skutkami zwarć
Zabezpieczeń przed prądem przetężeniowym można nie stosować
� Urządzenie zabezpieczające powinno być tak dobrane,
w następujących przypadkach:
aby przerywało przepływ prądu zwarciowego w
� w przewodach nie może wystąpić prąd przeciążeniowy,
przewody są skutecznie chronione przed zwarciami, nie mają
obwodzie elektrycznym zanim wystąpi
odgałęzień i nie są do nich przyłączone gniazdka wtyczkowe,
niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych w przewodach
� za miejscem zmiany obciążalności prądowej przewodu długość
i połączeniach
niezabezpieczonych odcinków nie przekracza 3 m, odcinki te nie
mają odgałęzień, nie są do nich przyłączone gniazdka
� Prądy zwarciowe należy określać metodą obliczeniową lub za
wtyczkowe i nie znajdują się w pobliżu materiałów palnych.
pomocą pomiarów
Zaleca się nie stosować zabezpieczeń przeciążeniowych w
obwodach zasilających odbiorniki, których przypadkowe
wyłączenie może spowodować zagrożenie, np. wzbudzenia
prądnic synchronicznych, zasilających elektromagnesy
dz
wignic, wtórne uzwojenia przekładników prądowych itp.
11 12
2
2014-11-29
Zabezpieczenia przed skutkami zwarć Zabezpieczenia przed skutkami zwarć
� Czas przerywania przepływu prądu zwarciowego o danej wartości w
dowolnym miejscu obwodu zwarciowego powinien być taki, aby temperatura
Urządzenie zabezpieczające przed prądem zwarciowym
przewodu nie przekraczała wartości temperatury granicznej dopuszczalnej
przy zwarciu.
powinno spełniać podane niżej wymagania:
� Dla prądów zwarciowych trwających nie dłużej niż 5 s, czas potrzebny na
� Muszą mieć zdolność przerywania prądu zwarciowego o
podwyższenie temperatury przewodu od temperatury dopuszczalnej
wartości nie mniejszej od wartości spodziewanego długotrwale (jaką ma przewód obciążony znamionowym prądem w chwili
wystąpienia zwarcia) do granicznej dopuszczalnej przy zwarciu można w
maksymalnego początkowego prądu zwarciowego
przybliżeniu obliczyć ze wzoru
mogącego występować w miejscu zainstalowania danego
2
urządzenia zabezpieczającego
(�ks)�
tk =�
2
ó�ó�
Iw ł� IK I
� t  graniczny czas trwania zwarcia [s],
� Iw  zdolność wyłączalna urządzenia,
� s  przekrój przewodu [mm2],
� I  początkowy prąd zwarciowy,
� IwK"  spodziewany początkowy prąd zwarciowy.
� k  współczynnik charakterystyczny dla danego typu przewodu
13 14
Zabezpieczenia linii
Wartości charakterystyczne współczynników k do wzoru
� Ocena skuteczności działania
zabezpieczeń przewodów przed cieplnym
oddziaływaniem prądów zwarciowych
Typ przewodu
polega na porównaniu charakterystyk
k
czasowo-prądowych przewodów oraz
charakterystyk zabezpieczeń
Przewody Cu z izolacją z gumy , butylenu, polietylenu usieciowanego lub etylenu-
135 zwarciowych.
propylenu
� Warunek skuteczności ochrony jest
spełniony, jeżeli charakterystyka
115 Przewody Cu z izolacją PVC lub dla połączeń przewodów Cu cyną
czasowo-prądowa przewodu przebiega
powyżej charakterystyki czasowo-
Przewody AL z izolacją z gumy, butylenu, polietylenu usieciowanego lub etylenu-
prądowej dobranego zabezpieczenia w
87
propylenu
całym zakresie prądów przetężeniowych,
jakie mogą wystąpić w obwodzie.
74 Przewody AL z izolacją PVC
15 17
Zabezpieczenia linii Zabezpieczenia odbiorników
Do najczęściej występujących i najbardziej istotnych uszkodzeń i
nienormalnych stanów pracy urządzeń, wywołujących różnorodne
� Zabezpieczenia zwarciowe są również ważnymi
stany zagrożenia, należą:
elementami systemu ochrony przeciwporażeniowej
� zwarcia,
polegającego na samoczynnym szybkim wyłączaniu
� przeciążenia urządzeń,
zasilania w przypadku zwarć z przewodem ochronnym lub
� chwilowe zaniki napięcia,
ochronno-neutralnym.
� błędne załączenia i samorozruchy urządzeń.
� Czas zadziałania zabezpieczeń zwarciowych w obwodach
Uszkodzone obwody i urządzenia powinny być wyłączone zanim
rozdzielczych nie powinien być dłuższy niż 5 s, a nierzadko gwałtownie nagrzewające się uzwojenia urządzeń i przewody osiągną
temperaturę dopuszczalną krótkotrwale, nie wywołującą jeszcze
 głównie w obwodach odbiorczych  powinien być
uszkodzenia urządzeń
rzędu dziesiątych części sekundy.
Za koniecznością szybkiego wyłączenia uszkodzonych obwodów
� Oznacza to, że impedancja obwodów zwarciowych powinna
przemawiają również względy bezpieczeństwa, w przypadku
zwarć mogą bowiem wystąpić na metalowych obudowach
być na tyle mała, aby prąd zwarciowy powodował zadziałanie
urządzeń i przewodach ochronnych napięcia dotykowe względem
zabezpieczeń w odpowiednio krótkim czasie.
ziemi i innych uziemionych instalacji, zagrażające porażeniem prądem
elektrycznym.
18 21
3
2014-11-29
Zabezpieczenia odbiorników Zabezpieczenia odbiorników
� Zabezpieczenia przetężeniowe odbiorników mogą być zainstalowane
Sposoby zabezpieczeń przed skutkami przetężeń odbiorników
w dowolnym miejscu pomiędzy z
ródłem zasilania a odbiornikiem.
energii elektrycznej o umiarkowanych mocach znamionowych,
� Zainstalowane jednak na początku obwodu zabezpieczają zarówno
w tym również silników, obejmują następujące aparaty
odbiorniki, jak i przewody przed skutkami przeciążeń.
� wyłączniki z wyzwalaczami elektromagnetycznymi jako
� Zabezpieczenia przeciążeniowe oparte na kryterium pomiaru prądu są
zabezpieczeniami zwarciowymi i wyzwalaczami
nieskuteczne w przypadkach nadmiernego podwyższenia się
temperatury urządzeń wskutek pogorszenia się warunków chłodzenia.
termobimetalowymi jako zabezpieczeniami przeciążeniowymi,
� Zabezpieczenia zwarciowe należy instalować na początku obwodów
� bezpieczniki jako zabezpieczenia zwarciowe oraz styczniki z
odbiorczych, gdyż mają one chronić przed skutkami zwarć zarówno
przekaz
nikami termobimetalowymi jako zabezpieczenia
odbiorniki, jak i przewody zasilające.
przeciążeniowe,
� W obwodach trójfazowych urządzenia zabezpieczające przed
� bezpieczniki jako dodatkowe zabezpieczenia zwarciowe oraz
skutkami przetężeń należy instalować we wszystkich trzech fazach.
wyłączniki lub sterowniki silnikowe z wyzwalaczami
� W układach prądu stałego zabezpieczenia należy instalować w
elektromagnetycznymi oraz termobimetalowymi lub tylko z
obydwu biegunach lub tylko w jednym, jeżeli ten drugi jest uziemiony.
wyzwalaczami termobimetalowymi.
� Nie należy stosować zabezpieczeń przetężeniowych w obwodach
wzbudzenia silników prądu stałego. � przekaz
niki przetężeniowe elektroniczne współpracujące z
odpowiednimi łącznikami samoczynnymi.
22 23
Zabezpieczenia odbiorników Sposoby zabezpieczenia silników
� Podstawowym warunkiem skuteczności działania
� Każdy silnik powinien mieć zabezpieczenie
zabezpieczeń przetężeniowych jest wymaganie, aby
przeciążeniowe.
charakterystyki czasowo-prądowe zabezpieczeń przebiegały
� Odstępstwo od tej reguły obowiązuje w następujących
poniżej charakterystyk cieplnych odbiorników.
przypadkach:
� Warunek ten można uznać za spełniony, jeżeli prąd
� dla silników małej mocy o prądzie znamionowym mniejszym
nastawienia IN zabezpieczeń przeciążeniowych jest nie
od 4 A
większy niż wyrażony zależnością
� dla silników o mocy do 10 kW, których przeciążenie
mechaniczne jest mało prawdopodobne
IN =� (�1��1,1)�In
� dla silników obciążanych w sposób przerywany
� gdzie In jest prądem znamionowym urządzenia
24 25
Sposoby zabezpieczenia silników
Zabezpieczenie zwarciowe silników
� Prąd znamionowy zabezpieczenia należy tak dobierać, aby był
możliwie najbliższy prądowi znamionowemu silnika, a
jednocześnie na tyle duży, aby zabezpieczenie nie reagowało w
czasie jego rozruchu.
� Dla wyzwalaczy elektromagnesowych, działających
bezzwłocznie, prąd nastawczy powinien spełniać warunek
Iwe ł�1,2Irm
gdzie
� Iwe prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaz
nika
elektromagnesowego,
� Irm maksymalna wartość skuteczna prądu rozruchowego
zabezpieczanego silnika,
26 27
4
2014-11-29
Zabezpieczenie  zanikowe
Selektywność zabezpieczeń
� Gdy samorozruch silników, po uprzednim zaniku napięcia,
mógłby być przyczyną niepożądanych następstw, np. pobór
� Urządzenia zabezpieczające powinny działać w
nadmiernie dużego prądu powodującego załamanie napięcia,
sposób selektywny, tzn. w przypadku
zagrożenie obsługi, zakłócenie procesu technologicznego
różnorodnych zakłóceń wywołujących
wymagającego uruchamia silników w pewnej określonej
kolejności itp., należy stosować zabezpieczenie zanikowe.
przetężenie powinno działać tylko jedno
zabezpieczenie zainstalowane najbliżej miejsca
� Zabezpieczenie takie stanowi cewka zapadkowa w wyłącznikach
uszkodzenia w kierunku z
ródła zasilania.
zapadkowych lub cewka sterująca w łącznikach stycznikowych.
� Działanie zabezpieczenia powinno
� Silniki trójfazowe powinny być zabezpieczone przed
wyeliminować uszkodzone urządzenie lub
niepełnofazową pracą, tj. przed pracą przy braku napięcia w
fragment obwodu, zachowując ciągłość
jednej z faz, spowodowanej np. zadziałaniem bezpiecznika.
zasilania urządzeń i obwodów nieuszkodzonych.
31
Selektywność zabezpieczeń
Selektywność zabezpieczeń
� Zabezpieczenia przetężeniowe działają selektywnie, jeżeli
ich pasmowe charakterystyki czasowo-prądowe nie
przecinają się ani nie mają wspólnych obszarów działania.
� W układzie bezpiecznik-bezpiecznik stosowanie
bezpieczników o prądach znamionowych większych tylko o
jeden stopnień często nie zapewnia selektywności działania,
zwłaszcza w przypadku występowania prądów zwarciowych o
dużych wartościach.
� Iloraz prądów znamionowych kolejnych bezpieczników
tego samego typu, połączonych szeregowo, powinien być co
najmniej równy 1,6.
35
Selektywność zabezpieczeń
36
5