Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (cz. 2)

mgr inż. Julian Wiatr  |  elektro.info 11/2017  |  13.12.2017  |  1
Artykuł wyjaśnia nieprzydatność wyłączników różnicowoprądowych w instalacjach przeciwpożarowych. M. in. porusza też problemy związane z projektowaniem ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z generatora zespołu prądotwórczego.
Artykuł wyjaśnia nieprzydatność wyłączników różnicowoprądowych w instalacjach przeciwpożarowych. M. in. porusza też problemy związane z projektowaniem ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z generatora zespołu prądotwórczego.
Rys. redakcja EI

W drugiej części artykułu wyjaśniona zostanie nieprzydatność wyłączników różnicowoprądowych w instalacjach przeciwpożarowych. Poruszono problemy związane z projektowaniem ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z generatora zespołu prądotwórczego oraz wymagania dotyczące doboru i eksploatacji baterii akumulatorów. Sczególna uwaga zostanie zwrócona na zgorożenie wybuchowe stwarzane przez wodór wydzielający się z akumulatorów oraz metodykę neutralizacji tych zagrożeń.

W artykule:

• Rozpływ strumieni magnetycznych w generatorze zespołu prądotwórczego
• Rezystancja wewnętrzna akumulatora
• Przykład obliczeniowy

Zakaz stosowania wyłączników różnicowoprądowych w instalacjach bezpieczeństwa, zawarowany w normie [13], wyjaśnia analiza rys. 1., na którym została przedstawiona uproszczona budowa wyłącznika różnicowoprądowego.

Rys. 1. Uproszczona budowa wyłącznika różnicowoprądowego, zainstalowanego w układzie zasilania TT, gdzie: IL1; IL2; IL3 – prądy w przewodach fazowych, IN – prąd w przewodzie neutralnym, IΔn – znamionowy prąd różnicowy [28]
Rys. 1. Uproszczona budowa wyłącznika różnicowoprądowego, zainstalowanego w układzie zasilania TT, gdzie: IL1; IL2; IL3 – prądy w przewodach fazowych, IN – prąd w przewodzie neutralnym, IΔn – znamionowy prąd różnicowy; J. Wiatr, A. Boczkowski, M. Orzechowski – Ochrona przeciwporażeniowa oraz dobór przewodów i ich zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia – DW MEDIUM Warszawa 2010 - wydanie I

Pod działaniem temperatury pożaru (krzywe pożarowe zostały opisane w I części artykułu opublikowanego w nr. 10/2017) degradacji ulega izolacja przewodów skutkując zwiększonymi prądami upływu doziemnego, które mogą prowadzić do niekontrolowanego działania wyłączników różnicowoprądowych, prowadząc do pozbawienia funkcji zasilanych urządzeń. Zjawisko to powoduje, że wyłącznik różnicowoprądowy nie nadaje się do stosowania w obwodach zasilających urządzenia przeciwpożarowe, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru. Nie stosuje się tego typu zabezpieczeń również w innych obwodach bezpieczeństwa z uwagi na wymaganą niezawodność.

Przewody w instalacjach przeciwpożarowych należy dobierać zgodnie z wymaganiami norm przedmiotowych w korelacji z wymaganiami normy [13].

W instalacjach elektrycznych poważnym problemem jest zachowanie ochrony przeciwporażeniowej przy zasilaniu z generatora zespołu prądotwórczego, gdzie impedancja źródła ulega zmianie wraz z upływem czasu trwania zwarcia.

Rozpływ strumieni magnetycznych w generatorze zespołu prądotwórczego

W chwili wystąpienia zwarcia ulega zmianie rozpływ strumieni magnetycznych w generatorze zespołu prądotwórczego, którego przebieg wraz z upływem czasu przedstawia rys. 2.

Rys. 2. Przebieg wypychanego poza wirnik strumienia stojana: a) stan podprzejściowy, b) stan przejściowy, c) stan ustalony
Rys. 2. Przebieg wypychanego poza wirnik strumienia stojana: a) stan podprzejściowy, b) stan przejściowy, c) stan ustalony

W początkowej fazie zwarcia, nazywanej stanem podprzejściowym, wskutek działania klatki tłumiącej strumień główny wytwarzany przez prądy płynące w uzwojeniu stojana jest wypychany poza wirnik (rys. 2a).

W stanie tym reaktancja generatora charakteryzuje się małą wartością, wynoszącą przeciętnie (10–15)% znamionowej wartości reaktancji generatora. Stan ten trwa bardzo krótko ze względu na małą wartość elektromagnetycznej stałej czasowej „T” obwodu zwarcia, wynoszącej dla generatorów nn średnio 0,01 s.

Działanie klatki tłumiącej ze względu na małą wartość jej rezystancji szybko ustaje, co skutkuje powolnym wchodzeniem strumienia głównego w wirnik. Stan ten, nazywany stanem przejściowym (rys. 2b), charakteryzuje wzrost reaktancji generatora, która dla generatorów nn wynosi średnio (30–40)% wartości reaktancji znamionowej generatora.

Generator w krótkim czasie przechodzi w stan ustalony zwarcia, co objawia się dalszym wzrostem reaktancji obwodu zwarciowego. W stanie ustalonym zwarcia strumień główny oraz strumień wzbudzenia zamykają się przez wirnik generatora (rys. 2c).

Ponieważ kierunki tych strumieni są przeciwne, strumień wypadkowy ulega zmniejszeniu. Zjawisko to prowadzi do gwałtownego wzrostu reaktancji generatora, która dla generatorów nn wynosi (200–300)% wartości reaktancji znamionowej generatora.

W celu porównania zachowania się transformatora i generatora w czasie zwarcia, na rys. 3. przedstawiono przebieg strumienia magnetycznego w transformatorze dwuuzwojeniowym w różnych stanach pracy.

Rys. 3. Przebieg drogi strumienia magnetycznego w transformatorze dwuuzwojeniowym w różnych stanach jego pracy
Rys. 3. Przebieg drogi strumienia magnetycznego w transformatorze dwuuzwojeniowym w różnych stanach jego pracy

Z rysunku tego wynika, że droga strumienia magnetycznego nie ulega zmianie, przez co parametry zwarciowe transformatora praktycznie pozostają niezmienione w czasie zwarcia.

W zespołach prądotwórczych konstruowanych obecnie, instalowany jest regulator prądu wzbudzenia wyposażony w układ forsowania, który pozwala podczas zwarcia na utrzymanie określonej wartości reaktancji generatora. Wartość ta charakteryzowana jest krotnością prądu znamionowego generatora, utrzymywaną przez czas nie dłuższy niż 10 s (najczęściej: 3·InG).

Ograniczenie czasowe utrzymywania określonej wartości reaktancji generatora podczas zwarcia wynika z warunku wytrzymałości izolacji uzwojeń generatora. Wydłużenie tego czasu może skutkować zniszczeniem izolacji uzwojeń generatora. Unormowany przebieg zmienności impedancji generatora podczas zwarć oraz zmienność prądów zwarciowych przedstawia rys. 4.

Rys. 4. Unormowany przebieg zmienności impedancji generatora zespołu prądotwórczego podczas zwarć oraz zmienności prądu zwarciowego
Rys. 4. Unormowany przebieg zmienności impedancji generatora zespołu prądotwórczego podczas zwarć oraz zmienności prądu zwarciowego

Zjawisko to powoduje, że pomimo działania układu automatyki forsowania wzbudzenia, impedancja generatora zespołu prądotwórczego jest znacznie większa od impedancji transformatora elektroenergetycznego o takiej samej mocy jak moc zespołu prądotwórczego przyłączonego do Systemu Elektroenergetycznego. Ponieważ impedancja transformatora oraz impedancja generatora zespołu prądotwórczego w czasie działania automatyki forsowania wzbudzenia wyraża się następującymi wzorami:

stosunek parametrów zwarciowych tych źródeł przy jednakowych mocach, wyniesie:

Rys. 5. Porównanie mocy zwarciowych SEE i zespołu prądotwórczego
Rys. 5. Porównanie mocy zwarciowych SEE i zespołu prądotwórczego

gdzie:

ZT – impedancja transformatora, w [Ω],
Zk1G – impedancja generatora zespołu prądotwórczego w czasie funkcjonowania automatyki forsowania wzbudzenia, w [Ω],
n – krotność prądu znamionowego generatora zespołu prądotwórczego podczas zwarć na zaciskach generatora, podawana przez producenta zespołów w DTR, w [-],
UnT – napięcie nominalne transformatora, w [kV],
UnG – napięcie nominalne generatora zespołu prądotwórczego, w [kV],
SnT – znamionowa moc pozorna transformatora, w [MVA],
SnG – znamionowa moc pozorna generatora zespołu prądotwórczego, w [MVA],
xk
– napięcie zwarcia transformatora
       dla S ≤ 400 kVA ⇒ xk = 0,045;
       dla S ≥ 500 kVA ⇒ xk = 0,06.

Po ustaniu działania automatyki forsowania wzbudzenia generatora, stosunek impedancji tych źródeł wyniesie odpowiednio: 22 lub 16,7.

Przy takich warunkach zasilania może się okazać, że ochrona przeciwporażeniowa przez samoczynne wyłączenie przy zasilaniu z generatora zespołu prądotwórczego w warunkach pożaru jest nieskuteczna. Przyczyną tego stanu jest ograniczona wartość mocy zwarciowej generatora zespołu prądotwórczego:

w stosunku do mocy Systemu Elektroenenergetycznego (SEE), szacowanej w przybliżeniu jako „nieskończona”, co symbolicznie zostało przedstawione na rys. 5.

tab. 1. podano moce zwarciowe wybranych zespołów prądotworczych nn.

Tab. 1. Moce zwarciowe wybranych zespołów prądotwórczych nn
Tab. 1. Moce zwarciowe wybranych zespołów prądotwórczych nn

W takim przypadku pomocne może być zastosowanie sterowania wartością spodziewanego napięcia dotykowego UST, tak by jego wartość nie przekraczała wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale UL.

Postępowanie takie jest zgodne z normą [13], a sposób realizacji tego zalecenia (przy uproszczonym założeniu: ZPE ≈ RPE) wyjaśnia rys. 6.

Rys. 6. Metodyka wyznaczania przekroju przewodu ochronnego SPE łączącego chronione urządzenie z GSU, dla spełnienia warunku UST ≤ UL, gdzie: UST – spodziewana wartość napięcia dotykowego; SPE – minimalny przekrój przewodu ochronnego, gwarantujący spełnienie warunku UST ≤ UL, kp – współczynnik korekcyjny, którego sposób wyznaczenia określa norma [13], l – długość przewodu łączącego odbiornik z GSU, Ia – prąd wyłączający zabezpieczenie w czasie wymaganym przez normę [15], RPE – rezystancja przewodu ochronnego, γ – konduktywność przewodu ochronnego łączącego chroniony odbiornik z GSU; źródło: N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.
Rys. 6. Metodyka wyznaczania przekroju przewodu ochronnego SPE łączącego chronione urządzenie z GSU, dla spełnienia warunku UST ≤ UL, gdzie: UST – spodziewana wartość napięcia dotykowego; SPE – minimalny przekrój przewodu ochronnego, gwarantujący spełnienie warunku UST ≤ UL, kp – współczynnik korekcyjny, którego sposób wyznaczenia określa norma [13], l – długość przewodu łączącego odbiornik z GSU, Ia – prąd wyłączający zabezpieczenie w czasie wymaganym przez normę [15], RPE – rezystancja przewodu ochronnego, γ – konduktywność przewodu ochronnego łączącego chroniony odbiornik z GSU; źródło: N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.

Dokładna analiza rys. 6. oraz zamieszczonych przy nim wzorów, prowadzi do oceny dwóch przypadków:

a) jeżeli Ik < Ia – czy spodziewane napięcie dotykowe UST, jakie powstanie na częściach przewodzących dostępnych chronionego urządzenia, w warunkach zakłóconych, nie przekroczy napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale UL,

b) jeżeli Ik  ≥ Ia – czy nastąpi samoczynne wyłączenie zasilania w czasie nie dłuższym od określonego w normie PN-HD 60364-4-41:2009 [15].

 

Przyjęcie takiego sposobu rozwiązania ochrony przeciwporażeniowej gwarantuje jej zachowanie przy dowolnej wartości spodziewanego prądu zwarciowego Ik.

Czytaj też: Skutki patologiczne u porażonego w pierwszych chwilach zdarzenia >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 11/2017

Komentarze

(1)
IrenkaW | 01.03.2018, 12:12
Bardzo przydatne informacje
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Zdobądź certyfikat i uprawnienia » Zapraszamy na kurs przygotowujący do egzaminu kwalifikacyjnego Grupa 1 – Elektroenergetyczna, Kategoria E i D

Kurs kwalifikacyjny Grupa 1 elektroenergetyczna Po zakończeniu szkolenia odbędzie się praktyczny test egzaminacyjny. Uczestnik, który pozytywnie zaliczy test oraz zda pozytywnie egzamin kwalifikacyjny przed Państwową Komisją Kwalifikacyjną, otrzymuje imienne świadectwo upoważniające go do samodzielnego wykonywania pomiarów elektrycznych(...) czytam dalej »


Normy na urządzenia zasilające a ups-y kompensacyjne »
Upsy kompensacyjne

Wymagania dotyczące jakości dostarczanej energii poza zakresem zmian napięcia i częstotliwości sprowadzają (...) czytam dalej »


Ładowarka samochodów elektrycznych w domowym garażu »

Zalety i funkcje ładowarek podtynkowych »

ładowarka samochodu elektrycznego ładowarki podtynkowe
Najwyższe standardy produkcji zapewniają możliwość stosowania wewnątrz i na zewnątrz, a jego obudowa odporna jest na wszelkie warunki atmosferyczne.... czytam dalej » Już nie musisz szukać wolnego przewodu, ponieważ punkt ładowania znajduje się zawsze w tym samym miejscu i jest gotowy do naładowania Twojego (...) czytam dalej »

Zalety modułowych rozdzielnic nn »
rozdzielnice modułowe

Rozdzielnice niskonapięciowe (rozdzielnice nn) są elementami złożonymi z jednego lub kilku aparatów niskiego napięcia, które współpracują z urządzeniami sterowniczymi, sygnalizacyjnymi oraz pomiarowymi. Dodatkowo służą do łączenia... czytaj dalej »


Czy naprawdę warto? - Nowa seria ograniczników przepięć » Jak diagnozować urządzenia elektryczne za pomocą termowizji »
Ograniczniki przepięć Pomiar za pomocą termowizji
Szeregowe połączenie iskierników w stosunku do warystora powoduje, że ograniczniki typu 1, 2 w czasie normalnej pracy (…) czytaj dalej »
Kamera termowizyjna jest urządzeniem służącym do bezkontaktowego zobrazowania rozkładu temperatury na obserwowanej powierzchni na podstawie pomiaru (...) czytam dalej»

Jakie wybrać agregaty prądotwórcze »
Agregaty prądotwórcze - jakie wybrać

Niezawodne zasilanie i rozdział energii elektrycznej, doświadczona obsługa techniczna to... czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
Zapisz się na bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę:
4/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 4/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Zasady i kryteria doboru wyłączników różnicowoprądowych do selektywnej współpracy
  • - Projekt instalacji piorunochronnej budynku hali produkcyjnej
Zobacz szczegóły
MICROS sp.j. W. Kędra i J. Lic MICROS sp.j. W. Kędra i J. Lic
Firma Micros istnieje na polskim rynku elektronicznym nieprzerwanie od 1988 roku. Jej początki to mały sklep z asortymentem elektronicznym,...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl