Zakłócenia w pracy instalacji elektrycznych.

Użytkowanie energii elektrycznej związane jest z występowaniem różnorodnych zakłóceń, powodujących zagrożenia zarówno dla urządzeń, jak i dla samej instalacji. Ważne jest więc zapewnienie odpowiedniej jakości zasilania. Przepływ prądu zawsze powoduje wydzielanie pewnej ilości ciepła. W prawidłowo funkcjonującej instalacji jest ono odprowadzane do otoczenia, a temperatura instalacji i urządzeń nie przekracza wartości dopuszczalnej. Wśród przyczyn powodujących nadmierne nagrzewanie instalacji należy wymienić:− uszkodzenie izolacji powodujące występowanie nadmiernie dużych prądów upływu, − zły stan zestyków i zacisków przyłączeniowych, − wzrost rezystancji w miejscach połączeń (np. na skutek utlenienia powierzchni),

− niesprawne chłodzenie (zapylenie, zatkanie otworów wentylacyjnych), − niesprawność urządzeń zapewniających chłodzenie, np. wentylatorów, − przepływ prądów przetężeniowych w wyniku przeciążenia lub zwarcia. Przekroczenie temperatury granicznej może wywołać następujące skutki: − szybsze starzenie się izolacji (pogorszenie jej właściwości), − zniszczenie izolacji (stopienie), − odkształcenia cieplne elementów stykowych, − stopienie przewodów, − stopienie elementów stykowych, − pożar. Przeciążenia mogą być spowodowane nieprawidłowym użytkowaniem instalacji (podłączenie odbiorników o zbyt dużej mocy) lub przekroczeniem parametrów znamionowych urządzeń (np. nadmierne obciążenie mechaniczne silnika). Niektóre

krótkotrwałe przeciążenia wynikające z charakteru zainstalowanych urządzeń są dopuszczalne i nie powodują uszkodzenia instalacji. Występują zwykle podczas rozruchu silników, załączania dużych grup urządzeń oświetleniowych lub grzewczych. Zwarcia polegają na bezpośrednim niskoimpedancyjnym połączeniu punktów o różnym potencjale. Najczęstsze przyczyny zwarć w instalacjach to: − mechaniczne uszkodzenia izolacji i konstrukcji urządzeń, − wady fabryczne urządzeń lub izolacji, − przepięcia atmosferyczne lub łączeniowe, Występowanie zwarć poza wymienionymi wyżej skutkami cieplnymi ma również skutki dynamiczne powodowane wystąpieniem dużych sił między elementami, w których płyną prądy zwarciowe. Należą do nich:

− uszkodzenia mechaniczne elementów izolacyjnych, − rozerwanie elementów, przez które płyną prądy zwarciowe (np. uzwojeń maszyn elektrycznych). Bardzo istotnym zakłóceniem wpływającym na działanie odbiorników są przepięcia. Przepięciem określamy wzrost napięcia w instalacji o więcej niż 10% powyżej wartości napięcia znamionowego. Przyczynami przepięć w instalacjach są: − czynności łączeniowe (indukowanie dodatkowych sił elektromotorycznych), − wyładowania atmosferyczne (bezpośrednie uderzeniem pioruna w pobliżu linii lub budynku), − występowanie elektryczności statycznej (elektryzowanie się ciał). Skutki przepięć mogą być bardzo groźne. Należą do nich: − zwarcia wywołane przebiciem izolacji, − uszkodzenia urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Niekorzystnym zjawiskiem są również odchylenia i wahania napięcia oraz zaniki

napięcia w jednej lub dwóch fazach. Odchylenie napięcia jest to różnica między napięciem na zaciskach odbiornika i jego napięciem znamionowym, podana w procentach napięcia znamionowego. Wynika ona z wartości napięcia zasilającego, spadku napięcia w linii przesyłowej oraz przekładni

transformatora. Odchylenie napięcia jest zmianą zachodzącą powoli i można je zmierzyć. Obecnie określone przepisami dopuszczalne zmiany napięcia powinny mieścić się w granicach 5% napięcia znamionowego w górę lub w dół. Wahanie napięcia jest zmianą szybką, utrzymującą się krótkotrwale. Określone jest różnicą napięć na zaciskach odbiornika w skończonym krótkim czasie, liczoną od poprzedniej wartości napięcia. Po kolejnym wahnięciu napięcie może ustalić się na poziomie innym niż poprzednio. Wahania napięcia w instalacji spowodowane są pracą odbiorników o szybkich zmianach obciążenia (na przykład spawarki). Mogą spowodować istotne zakłócenia w działaniu odbiorników (wypadnięcie z synchronizmu silników synchronicznych, utratę danych komputerowych, migotanie oświetlenia itp.). Zaniki napięcia wywołane mogą być przerwaniem przewodów zasilających w wyniku uszkodzenia mechanicznego lub zadziałania zabezpieczenia. Przerwanie przewodów linii zasilającej powoduje asymetrię zasilania i może być przyczyną uszkodzenia niektórych odbiorników energii elektrycznej (na przykład silników indukcyjnych trójfazowych). Może to również powodować zagrożenie dla człowieka i straty wynikające z zakłócenia procesów produkcyjnych. Odbiorniki nieliniowe, do których zalicza się lampy wyładowcze, piece łukowe, prostowniki, mogą wprowadzać do instalacji wyższe harmoniczne powodujące niekorzystne

odkształcenie przebiegów sinusoidalnych. Wyższe harmoniczne zwiększają straty mocy w maszynach i urządzeniach elektrycznych, zakłócają działanie zabezpieczeń oraz powodują dodatkowe nagrzewanie przewodów. Aby wyeliminować to zjawisko stosuje się filtry lub odpowiednie układy sterowania.

Zwarcia w sieciach niskiego napięcia. Rodzaje zwarć W sieciach i instalacjach elektrycznych mamy do czynienia ze zwarciami doziemnymi oraz międzyfazowymi. Rozróżnia się zwarcia trójfazowe, dwufazowe i jednofazowe. W przypadku zwarć w sieciach TT lub TN pętla zwarcia zamyka się przez przewody lub ziemię. W przypadku sieci z izolowanym punktem neutralnym (c) przy zwarciu jednofazowym doziemnym każdy z nieuszkodzonych przewodów tworzy z ziemią jakby kondensator. Napięcie nieuszkodzonych przewodów względem ziemi wzrasta
razy. Wartość prądu zwarcia zależy od pojemności doziemionej żyły przewodu.

1. Wybrane rodzaje zwarć: a) jednofazowe doziemne w sieci z uziemionym punktem neutralnym,

b) trójfazowe (symetryczne) w sieci z uziemionym punktem neutralnym transformatora,

c) jednofazowe doziemne w sieci z izolowanym punktem neutralnym [2]

W przypadku zwarć występujących w sieciach TT i TN obwód zwarciowy można

przedstawić w postaci szeregowego połączenia elementów, przez które płynie prąd zwarcia.

Sieci wielowęzłowe należy sprowadzić do postaci zawierającej jedno źródło i jedną impedancję poprzez kolejne przekształcenia polegające na: − łączeniu i rozcinaniu punktów zasilania,

− łączeniu odcinków równoległych, − przekształcaniu trójkąta w gwiazdę. Celem tych operacji jest uzyskanie maksymalnie uproszczonego schematu odniesionego do miejsca wystąpienia zwarcia. Każdorazowo parametry wzdłużne sieci (rezystancja R i reaktancja X) muszą być przeliczane na jednakowe napięcie zwane napięciem odniesienia (najczęściej jest to napięcie znamionowe sieci w miejscu zwarcia). Przeliczenie odbywa się wg wzorów:

Parametry z indeksem 1 opisują sieć rzeczywistą, a parametry z indeksem 2 są przeliczone na

napięcie odniesienia U2. Należy również określić współczynniki udziału Ci danej gałęzi

schematu w obliczonej impedancji zastępczej ZZ

gdzie ZZ jest impedancją zastępczą wszystkich gałęzi, a Zi impedancją gałęzi, dla której liczymy współczynnik udziału. Suma współczynników udziału dla każdego węzła musi być równa jedności.

Obliczanie wielkości charakterystycznych dla zwarcia Przebieg prądu zwarciowego jest dość skomplikowany (rys. 2). Wyróżnić można w nim kilka przebiegów składowych. Jednym z nich jest składowa nieokresowa, której wartość jest największa w chwili początkowej zwarcia i zanika w sposób wykładniczy z upływem czasu. Drugą jest składowa okresowa o charakterze sinusoidalnym, której amplituda w czasie zwarcia zmniejsza się aż do wartości ustalonej (składowa okresowa ustalona). Składowa okresowa zawiera dodatkowo dwie składowe przejściowe, które wynikają ze sprzężeń magnetycznych uzwojeń generatora i mają charakter drgań tłumionych.

Dla scharakteryzowania przebiegu zwarcia konieczne jest obliczenie szeregu wielkości

podanych poniżej. Prąd zwarciowy początkowy Ik przy zwarciu trójfazowym, czyli maksymalna wartość skuteczna składowej okresowej prądu zwarcia w chwili t = 0, oblicza się ze wzoru:

gdzie: Z - impedancja zastępcza w miejscu zwarcia, UN - napięcie znamionowe międzyprzewodowe.

Współczynnik korekcji c występujący we wzorze do obliczania prądu zwarciowego początkowego zależy od wartości napięcia UN i jest wynosi: c = 1 dla 230/400 V, c = 1,05 dla innych wartości napięć niskich, c = 1,1 dla napięć wysokich. Prąd zwarciowy początkowy decyduje o parametrach zainstalowanych w sieci urządzeń Prąd zwarciowy udarowy ip -, który jest maksymalną wartością chwilową prądu zwarciowego po upływie 0,01 sekundy od chwili zwarcia, oblicza się ze wzoru:

gdzie: ku - współczynnik udaru (można go odczytać z nomogramu). Wartość prądu zwarciowego udarowego decyduje o dynamicznym wpływie prądu zwarcia na urządzenia znajdujące się na drodze jego przepływu. Prąd wyłączeniowy symetryczny Ib, który płynie przez styki urządzenia w chwili ich

otwierania:

gdzie: μ - współczynnik zmniejszenia składowej okresowej prądu od chwili zwarcia do chwili rozdzielenia styków łącznika (odczytywany z nomogramów). Wartość prądu wyłączeniowego symetrycznego decyduje o wymaganej zdolności łącznika do przerywania prądu zwarciowego.

Obecnie obliczenia zwarciowe przeprowadzane są z wykorzystaniem programów komputerowych. Warto jednak wiedzieć, jak się to czyni i do czego obliczone wielkości mogą być przydatne.

Ochrona przed skutkami zwarć. Istnieją dwa sposoby ograniczania wartości prądu zwarciowego w urządzeniach niskiego napięcia. Pierwszy z nich polega na wprowadzeniu do obwodu większej impedancji zwarciowej. Jest to ochrona pasywna. Wymaga ograniczenia mocy transformatorów

zasilających sieć niskiego napięcia oraz unikania układów sieci zmniejszających wartość

impedancji zwarciowej (sieci zamkniętych, linii równoległych itp.) Drugi sposób - aktywny polega na szybkim zadziałaniu urządzenia zabezpieczającego tak, aby prąd udarowy nie zdążył osiągnąć swojej maksymalnej wartości. Służą do tego bezpieczniki i wyłączniki ograniczające. W tym przypadku nie zachodzi konieczność zwiększania impedancji zwarciowej, co pozwala poprawić jakość zasilania. Urządzenia ochrony przed skutkami zwarć należy instalować na początku każdego

odcinka sieci o mniejszej obciążalności długotrwałej niż odcinek poprzedni. Warunkiem prawidłowego działania tych zabezpieczeń jest dostatecznie szybkie wyłączenie zasilania. Zabezpieczenia zwarciowe muszą działać selektywnie. Oznacza to, że wyłączenie powinno wystąpić na odcinku najbliższym miejsca zwarcia (patrząc w stronę źródła zasilania). Jako urządzenia zabezpieczające przed skutkami zwarć w instalacjach niskiego napięcia stosuje się:

− bezpieczniki z wkładka topikową typu g - o pełnozakresowej zdolności wyłączania,

− bezpieczniki z wkładka topikową typu a - o niepełnozakresowej zdolności wyłączania,

− wyłączniki z wyzwalaczami zwarciowymi bezzwłocznymi, − wyłączniki z wyzwalaczami o krótkiej zwłoce czasowej. Selektywne działanie zabezpieczeń zwarciowych zapewniają bezpieczniki. Stosując wyłączniki zwykłe należy pamiętać, aby właściwie dobrać czas zwłoki na poszczególnych

odcinkach instalacji. Alternatywnym rozwiązaniem może być zastosowanie wyłączników selektywnych (np. typu S90 lub SLS). Ich dodatkowe zalety to ograniczanie prądów zwarciowych oraz możliwość szybkiego ponownego załączenia po wyłączeniu zwarcia. W instalacjach przemysłowych o dużym poborze mocy, w których prądy zwarciowe mogą osiągać wartości powyżej 50 kA, wskazane jest zastosowanie wyłączników ograniczających. Ograniczenie prądu zwarcia następuje w czasie nieprzekraczającym 3 ms, dzięki zastosowaniu bardzo szybkich napędów lub specjalnych polimerów znacznie zwiększających rezystancję zestyku pod wpływem ciepła łuku elektrycznego. Wyłączniki

posiadają również bezzwłoczne wyzwalacze elektromagnetyczne, które działają w przypadku niższych wartości prądów zwarciowych. Wyłączniki ograniczające budowane są na prądy ciągłe do 1250 A. Prądy wyłączalne w zależności od wartości napięcia znamionowego mogą osiągać nawet 300 kA.

Zdolność wyłączania urządzeń zabezpieczających powinna być co najmniej równa wartości przewidywanego prądu zwarciowego. Wyjątkiem mogą być sytuacje, w których od strony zasilania znajdują się urządzenia mające wystarczającą zdolność wyłączania lub kiedy zabezpieczane przewody i urządzenia wytrzymują przewidywany prąd zwarciowy bez uszkodzeń. Czas wyłączenia powinien być dostatecznie krótki, aby nie wystąpiło przekroczenie temperatury granicznej zabezpieczanych przewodów i urządzeń ani ich uszkodzenie mechaniczne w wyniku działania sił elektrodynamicznych.

Czas ten można obliczyć ze wzoru

gdzie: S - przekrój przewodu w mm2, Ik - przewidywana wartość prądu zwarciowego początkowego,

k - współczynnik uzależniony od rodzaju przewodu; wynosi odpowiednio: dla przewodów w izolacji z gumy lub polietylenu usieciowanego 135 w przypadku żyły miedzianej i 87 w przypadku żyły aluminiowej oraz dla przewodów w izolacji z PVC z żyłami miedzianymi 115, a z aluminiowymi 74.

Wzór ten pozwala wykreślić charakterystyki czasowo-prądowe przewodów. Aby ocenić

skuteczność zabezpieczeń, trzeba porównać je z charakterystykami czasowo-prądowymi

wybranych zabezpieczeń Czasy zadziałania zabezpieczeń zwarciowych w obwodach odbiorczych,

w których stanowią one element ochrony przeciwporażeniowej, powinny być rzędu 0,1÷0,8 sekundy, w zależności od wartości napięcia znamionowego zabezpieczanego obwodu. W obwodach rozdzielczych czasy zadziałania zabezpieczeń zwarciowych nie mogą przekraczać 5 s.Zabezpieczenia przed skutkiem zwarcia w przypadku przewodów połączonych równolegle powinny uwzględnić możliwość wystąpienia zwarcia wewnątrz odcinka przewodu równoległego. Wystąpienie zwarcia w jednym z przewodów spowoduje przepływ prądy zwarciowego również przez pozostałe gałęzie połączenia. Skuteczne będzie wówczas zainstalowanie zabezpieczeń zwarciowych oddzielnie na początku i na końcu każdego odcinka przewodu (rys. 3). Zabezpieczenia powinny być tak dobrane, aby najpierw zadziałało zabezpieczenie umieszczone od strony zasilania, patrząc od miejsca wystąpienia zwarcia. Kłopotliwe staje się spełnienie tego warunku przy zastosowaniu jednakowych zabezpieczeń w dwóch przewodach połączonych równolegle. Ponieważ po zadziałaniu zabezpieczenia

położonego najbliżej miejsca zwarcia, przez pozostałe popłynie identyczny prąd, ich zadziałanie nastąpi w sposób przypadkowy. W ten sposób może zostać wyłączony z zasilania przewód, w którym nie wystąpiło uszkodzenie.

Ochrona przed skutkami przeciążeń Zabezpieczenia przeciążeniowe powinny być instalowane na początku obwodu oraz w każdym miejscu, w którym następuje zmniejszenie obciążalności prądowej długotrwałej. Zadziałanie zabezpieczeń przeciążeniowych powinno zapobiegać nagrzaniu przewodów i urządzeń do temperatury wyższej niż dopuszczalna temperatura graniczna. Można przyjąć, że warunek jest spełniony, jeżeli prąd znamionowy (lub prąd nastawczy) urządzeń

zabezpieczających IN będzie mieścił się w granicach między wartością obliczeniowego prądu

odbiorników IB a wartością określającą obciążalność prądową długotrwałą IZ

zabezpieczanych przewodów. Dodatkowo prąd zadziałania zabezpieczenia przeciążeniowego

I2 nie powinien być większy niż 1,45 wartości obciążalności długotrwałej przewodów. Warunki te są wyrażone zależnościami

W przypadku stosowania bezpieczników wynikający z tych warunków prąd znamionowy wkładki topikowej może być znacznie mniejszy od obciążalności prądowej długotrwałej zabezpieczanych przewodów. W przypadku stosowania przekaźników lub wyzwalaczy termobimetalowych prądy

nastawcze mogą być równe obciążalności prądowej długotrwałej przewodów. Problem stanowi opóźnione zadziałanie zabezpieczeń trójfazowych przy przeciążeniu występującym tylko w dwóch fazach lub w jednej fazie. Czas zadziałania zabezpieczenia wydłuża się wówczas o 10 do 20 %. Może to być przyczyną nadmiernego nagrzewania się przewodów. Lepszym rozwiązaniem będzie wówczas zastosowanie rozłącznika bezpiecznikowego z wyzwalaniem w trzech fazach. Zabezpieczenie przed przeciążeniem przewodów połączonych równolegle powinno być skuteczne dla wszystkich połączonych przewodów. W przypadku połączenia równoległego przewodów tego samego typu, o tej samej długości, ułożonych w ten sam sposób obciążalność prądowa jest sumą obciążalności poszczególnych przewodów. Do zabezpieczenia przeciążeniowego takiego układu można wykorzystać jedno wspólne zabezpieczenie umieszczone na dopływie do rozdzielnicy. Należy jednak liczyć się z odłączeniem zasilania wszystkich przewodów w przypadku przeciążenia któregokolwiek z nich. Zasady dobierania zabezpieczenia są identyczne jak dla pojedynczych przewodów z uwzględnieniem sumy prądów w zabezpieczanym dopływie. Prąd znamionowy zabezpieczenia powinien mieścić się w granicach między wartością prądu obliczeniowego odbiorników IB i sumą wartości obciążalności długotrwałych wszystkich połączonych równolegle przewodów. W przypadku dużej nierównomierności rozpływu prądów zabezpieczenia przeciążeniowe stosuje się i dobiera oddzielnie dla każdego przewodu.

Ochrona przed skutkami zakłóceń napięciowych Wartość napięcia występującego w instalacji elektrycznej powinna być utrzymywana w granicach ustalonych przepisami. Jest to niezbędny warunek bezpiecznego i poprawnego działania urządzeń elektrycznych. Zmiany napięcia mogą być wywołane: − spadkami napięcia na elementach sieci w warunkach eksploatacji odbiorników dużej

mocy oraz wystąpienia prądów zwarciowych lub przeciażeniowych, − niewłaściwym ustawieniem zaczepów przekładni transformatorów, − uszkodzeniem przewodów neutralnych linii trójfazowych.

Zarówno zmniejszenie, jak i zwiększenie napięcia powoduje zakłócenia w pracy odbiorników. Obniżenie napięcia prowadzi do przeciążenia silników oraz powoduje niestabilną pracę lamp wyładowczych. Podwyższenie napięcia skraca żywotność wielu odbiorników i przyspiesza starzenie się izolacji. W przypadku dużej liczby odbiorników jednofazowych może dojść do niesymetrii napięć w poszczególnych fazach, na skutek ich różnego obciążenia. Ochrona przed spadkiem napięcia Urządzeniami kontrolującymi wartość napięcia są przekaźniki i wyzwalacze podnapięciowe, reagujące na niesymetrię obciążenia i niepełnofazową pracę. Są one elementem wyłączników sieciowych i instalacyjnych lub mogą być do nich przyłączane w razie potrzeby. W przypadku obniżenia napięcia zasilającego poniżej założonej wartości powodują one otwarcie wyłącznika i odłączenie zasilania.W przypadku urządzeń wyposażonych w mikroprocesory taki sposób działania

zabezpieczenia może spowodować istotne uszkodzenia, związane z utratą danych, niewłaściwym działaniem systemów operacyjnych i oprogramowania. Dla uniknięcia tych szkód wprowadzono do obwodów zasilających sprzęt skomputeryzowany zasilacze awaryjne, zwane w skrócie UPS (Uninterruptible Power Supply). Są one sprzętem pośredniczącym w zasilaniu. W przypadku wystąpienia zaniku zasilania powodują bezprzerwowe włączenie zasilania awaryjnego. Czas pracy takich awaryjnych źródeł napięcia uzależniony jest od pojemności baterii akumulatorów.

Ochrona przeciwprzepięciowa. Bardzo szkodliwym zakłóceniem występującym powszechnie w instalacjach i sieciach są przepięcia. Przepięcie jest to wzrost napięcia powyżej najwyższego dopuszczalnego napięcia roboczego urządzeń. W zależności od przyczyny wyróżnić można trzy rodzaje przepięć. 1. Przepięcia zewnętrzne, pochodzące od wyładowań atmosferycznych - występujące w przewodach sieci i instalacji elektroenergetycznych, wywołane przez uderzenie pioruna

w urządzenie elektryczne lub w jego pobliżu, związane z występowaniem zjawiska indukcji wzajemnej. 2. Przepięcia wewnętrzne wywołane czynnościami łączeniowymi w sieciach i instalacjach elektrycznych - spowodowane przerywaniem prądów zwarciowych, załączaniem

i wyłączaniem niektórych odbiorników o dużym poborze prądu, związane są z występowaniem zjawiska samoindukcji. 3. Przepięcia wywołane elektrycznością statyczną - są wyładowaniami iskrowymi związanymi z nagromadzeniem się ładunków elektrycznych na przedmiotach nieprzewodzących. Napięcia powodowane występowaniem elektryczności statycznej mogą osiągać wartość kilkudziesięciu kilowoltów. Zgromadzony ładunek może mieć energię kilkudziesięciu mJ.

Jako urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej stosuje się: − układy RC o dużej stałej czasowej,

− diody Zenera, − elementy warystorowe, − iskierniki.

Zastosowanie urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej wymaga ich stopniowania. Dla potrzeb dobierania właściwych ochronników podzielono instalacje elektryczne na cztery kategorie. Urządzenia ochronne najwyższej IV kategorii, instalowane w początkowej części instalacji, są narażone na pełne wartości przepięć atmosferycznych i łączeniowych. Urządzenia ochronne I kategorii są wbudowane w odbiorniki i mają najniższy poziom ochrony przeciwprzepięciowej.

Poziom ochrony zastosowanych urządzeń maleje w kierunku do odbiornika. Rodzaj zastosowanego urządzenia ochronnego jest uzależniony od wymaganego poziomu ochrony. Przykład takiego stopniowania elementów ochrony odgromowej przedstawiony jest na rys. 7. Urządzeniem najbardziej narażonym na skutki przepięcia jest ochronnik typu B, który ma konstrukcję iskiernikową uzupełnioną np. elementem o zmiennej rezystancji. Ma on też największą obciążalność prądową (znamionowy prąd wyładowczy). Ochronnik klasy C może być warystorem, a klasy D zespołem przeciwnie włączonych diod Zenera.

Wielostopniową ochroną przeciwprzepięciową powinny być objęte nie tylko przewody

instalacji elektroenergetycznych, ale również przewody instalacji teletechnicznych i informatycznych. Zaniedbania w tej dziedzinie lub co gorsza nieuzasadnione oszczędności mogą być przyczyną kosztownych uszkodzeń sprzętu. Poniżej przedstawione są przykłady typowych ochronników do instalacji niskiego napięcia. Dla zmniejszenia skutków statycznej występowania elektryczności stosuje się ekwipotencjalizację podłóg przy wykorzystaniu wykładzin przewodzących. Jest to

rozwiązanie kłopotliwe ze względu na pogorszenie się ochrony przeciwporażeniowej.

Ochrona przed skutkami cieplnymi i pożarami Zagrożenia cieplne Użytkowanie energii elektrycznej wiąże się zawsze z wydzielaniem ciepła w przewodach oraz urządzeniach. W prawidłowo zaprojektowanej i wykonanej instalacji, podczas eksploatacji sprawnych urządzeń zgodnie z przepisami, ilość wydzielonego ciepła nie powinna powodować dodatkowych zagrożeń. Ponieważ w większości przypadków wzrost temperatury przewodów i urządzeń związany jest z przetężeniami, zapobiegają mu prawidłowo dobrane zabezpieczenia przeciążeniowe i zwarciowe.

Istnieją jednak sytuacje, w których wzrost temperatury ma inne przyczyny. Należą do nich:

− ustawienie urządzeń elektrycznych w sposób uniemożliwiający prawidłowe chłodzenie,

− nieprawidłowe użytkowanie, uniemożliwiające stygnięcie urządzeń, które nie mogą być wykorzystywane do pracy ciągłej, − uszkodzenia elementów układów chłodzenia,

− uszkodzenia izolacji powodujące długotrwały przepływ prądów upływu lub powstanie łuku elektrycznego, − pogorszenie styczności zacisków lub zestyków na skutek niewłaściwego docisku bądź utlenienia, − przechowywanie w pobliżu instalacji i urządzeń materiałów łatwo zapalnych.

Sytuacje takie stwarzają następujące zagrożenia: − wywołanie pożaru w obszarze działania podwyższonej temperatury (materiałów palnych, wyposażenia, konstrukcji budynku), − oparzenia użytkowników lub obsługi, − uszkodzenia cieplnego instalacji i urządzeń, − nieprawidłowego lub/i niebezpiecznego działania niektórych urządzeń. Niektóre odbiorniki ze względu na charakter ich pracy można zabezpieczyć przed przegrzaniem, stosując wbudowane do wnętrza czujniki temperatury współpracujące z urządzeniami sterującymi. Przykładem tak działającego zabezpieczenia jest czujnik temperatury zamontowany we wnętrzu silnika indukcyjnego. Wykrywa on wzrost temperatury silnika, niezależnie od przyczyny, która go wywołała i powoduje przerwanie obwodu zasilającego. Będzie więc równie skuteczny przy nadmiernym wzroście obciążenia jak i przy uszkodzeniu układu chłodzenia lub niewłaściwej eksploatacji (zbyt długich okresach pracy). Czujniki temperaturowe o różnych konstrukcjach stanowią trwałe rozwiązanie techniczne chroniące przed przegrzaniem. Środki ochrony przed pożarem Niewłaściwie wykonane i eksploatowane instalacje i urządzenia elektryczne mogą stać się przyczyną pożaru. Muszą zaistnieć ku temu sprzyjające warunki, które obejmują jednoczesne: − nagrzanie się instalacji i urządzeń do odpowiednio wysokiej temperatury, − znajdowanie się w pobliżu materiałów palnych o odpowiednio niskiej temperaturze zapłonu, − wystarczającą ilości tlenu umożliwiającą podtrzymanie pożaru.

Ze względu na energię potrzebną do wywołania zapłonu przyjęty jest następujący podział

materiałów: − Materiały niepalne, do których zalicza się metale, szkło, ceramikę (porcelanę, cegły)

beton i zaprawy murarskie, wyroby z azbestu (szkodliwe dla zdrowia!), wyroby ceramidowe i inne.

− Materiały trudno palne, które potrzebują do spowodowania zapłonu dużej mocy cieplnej

działającej przez długi okres. Należą do nich elementy z litego drewna (belki, grube deski), płyty gipsowo-kartonowe, impregnowane przeciwogniowo płyty drewnopochodne, niektóre tworzywa sztuczne (teflon). − Materiały palne, które mogą ulec zapaleniu w warunkach normalnego narażenia na

działanie znacznie podwyższonej temperatury. Mogą to być cienkie elementy drewniane,

płyty drewnopochodne bez impregnacji przeciwogniowej, większość tworzyw sztucznych

(PCV, polietylen), papier w pakietach lub belkach. − Materiały łatwopalne, które zapalają się pod wpływem energii o wartości kilku watosekund (np. płomienia zapałki) i płoną po usunięciu źródła ciepła. Należą do nich: słoma, wióry drewniane, luźny, pomięty papier, niektóre włókna sztuczne oraz pyły pochodzące z materiałów palnych, które mogą spalać się wybuchowo (pył węglowy,

drzewny, mąka). W miejscach o podwyższonym zagrożeniu pożarowym należy stosować urządzenia i materiały elektryczne wykonane z materiałów niepalnych. Stopień palności materiału oznacza tzw. „wskaźnik tlenowy”, określający najmniejszą zawartość tlenu i azotu w składzie otaczającej materiał atmosfery, przy której w warunkach przeprowadzanej próby

podtrzymywane jest palenie się badanych materiałów. Materiały niepalne mają wskaźnik

tlenowy większy od 28, a materiały łatwo zapalne mniejszy od 21. Zagrożenie pożarowe od instalacji i urządzeń elektrycznych może wynikać z następujących przyczyn: − przepięć i przetężeń (elektryczne), − zginania, skręcenia, uderzenia, naprężenia elementów instalacji i urządzeń elektrycznych (mechaniczne),− zawilgocenia, działania niektórych substancji chemicznych, przegrzania (środowiskowe), − niewłaściwego użytkowania, wadliwych napraw, uszkodzonych zabezpieczeń W warunkach zwiększonego narażenia wyposażenie elektryczne powinno być ograniczone do minimum i posiadać odpowiednio dobrany stopień ochrony. W celu zmniejszenia zagrożenia pożarem można stosować następujące rozwiązania techniczne: − zabezpieczenia zwarciowe i przeciążeniowe dobrane tak, aby maksymalnie ograniczały możliwość wzrostu temperatury powyżej temperatury zapłonu palnych materiałów, − zastosowanie przewodów o większych przekrojach, − zastosowanie przewodów i kabli o izolacji odpornej na podwyższoną temperaturę, − zastosowanie przewodów i kabli w izolacjach niepalnych (mineralne, bezchlorowe),

− wykonanie kanałów i tuneli kablowych z materiałów niepalnych, − wykonywanie przegród przeciwpożarowych przy przeprowadzaniu przewodów przez ściany, − układanie kabli pod tynkiem, w ziemi, w betonie, − zapewnienie odpowiedniej wentylacji (np. zastosowanie uchwytów odległościowych), − stosowanie zabezpieczeń przed wzrostem temperatury. Wymagane jest również stosowanie aparatury łączeniowej w szczelnych obudowach Zapobiega to wystąpieniu zapłonu podczas powstawania na stykach łuku elektrycznego. Zmniejszenie zagrożenia pożarowego można uzyskać poprzez zastosowanie systemów alarmowych z czujnikami reagującymi na wysoką temperaturę i zadymienie. Mogą one być sprzężone z urządzeniami gaśniczymi.

---