Zwarcia łukowe w rozdzielnicach średniego i niskiego napięcia – obliczenia
Wyznaczona energia wyładowania łukowego dla prądu 20 kA w funkcji długości łuku przy wybranych czasach trwania wyładowania, rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
Zwarcia łukowe to jedne z najbardziej niebezpiecznych zjawisk, jakie mogą wystąpić w instalacjach elektroenergetycznych. W ułamku sekundy generują ekstremalne temperatury, gwałtowny wzrost ciśnienia i dynamiczne siły, które mogą nie tylko zniszczyć rozdzielnicę, ale również stworzyć bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia i życia obsługi oraz osób przebywających w pobliżu. W związku z powyższym, zagadnienia związane z projektowaniem, prefabrykacją i doborem odpowiednich zabezpieczeń w rozdzielnicach niskiego i średniego napięcia muszą uwzględniać ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego – i to zarówno w kontekście zapobiegania jego powstaniu, jak i ograniczania skutków w przypadku wystąpienia [1, 2, 3].
W artykule:
|
StreszczenieArtykuł stanowi praktyczne rozwinięcie cyklu dotyczącego zwarć łukowych, koncentrując się na części obliczeniowej. Na przykładzie projektu rozdzielnicy głównej oraz zasilanej z niej rozdzielnicy obiektowej przeprowadzono analizę wyznaczania spodziewanych prądów zwarciowych i ich wpływu na bezpieczeństwo obsługi. Szczególną uwagę poświęcono weryfikacji, czy standardowe zabezpieczenia topikowe są w stanie skutecznie ograniczyć energię łuku elektrycznego. Wyniki obliczeń skonfrontowano z uproszczonymi wymogami normy PN-EN 61439-2, wykazując, że w krytycznych scenariuszach rutynowe podejście może prowadzić do niedoszacowania ryzyka. Opracowanie dowodzi, że kluczową rolę w ochronie przed skutkami łuku odgrywa czas wyłączenia zwarcia, co uzasadnia stosowanie bardziej zaawansowanej metodyki IEEE 1584. AbstractThis paper, the third in a series on arc faults, focuses on practical engineering calculations. Through detailed case studies of a main switchgear and a sub-distribution unit, the authors demonstrate the process of determining prospective short-circuit currents. The analysis critically evaluates the performance of fuse protection in limiting arc energy, contrasting precise calculations with the simplified assumptions of the PN-EN 61439-2 standard. The results underscore that fault duration is the decisive factor in arc flash mitigation and suggest that relying solely on standard tables may result in underestimated risks. Consequently, the application of IEEE 1584 guidelines is recommended for accurate safety assessment. |
W praktyce kluczowe jest właściwe oszacowanie wartości spodziewanych prądów zwarciowych tj. zarówno w torze fazowym, jak i neutralnym oraz ochronnym. To właśnie obliczenia decydują o doborze aparatów, przekrojów przewodów, wytrzymałości mechanicznej torów prądowych, a także skuteczności zadziałania zabezpieczeń.
W pierwszej części cyklu („Zwarcia łukowe w rozdzielnicach średniego i niskiego napięcia” – „elektro.info” nr 9/2024) [4] przybliżono naturę i mechanizm zwarć łukowych, wskazano ich przyczyny – począwszy od błędów montażowych po starzenie się izolacji. Ponadto przedstawiono skutki ich działania na aparaty i obudowy rozdzielnic. Omówiono również normatywne uwarunkowania dotyczące odporności na łuk wewnętrzny, w tym postanowienia normy PN-EN 61439 i dokumentu IEC/TR 61641.
Część druga („Zwarcia łukowe w rozdzielnicach średniego i niskiego napięcia cz. 2” – „elektro.info” nr 12/2024) [5] poświęcona została zagadnieniom fizycznych skutków zwarć łukowych, ze szczególnym uwzględnieniem energii wydzielanej w trakcie trwania zjawiska oraz dynamiki jego rozwoju. Opisano, w jaki sposób działające podczas zwarcia łukowego siły elektrodynamiczne wpływają na elementy konstrukcyjne rozdzielnicy, w tym: przewody, szyny i aparaty oraz w jaki sposób mogą prowadzić do uszkodzeń wtórnych, a w konsekwencji do rozwoju awarii. Zwrócono także uwagę na niebezpieczne zjawisko wtórnego zwarcia. Początkowo niegroźny incydent może doprowadzić do degradacji izolacji, a po ponownym załączeniu – do kolejnego, znacznie groźniejszego wyładowania łukowego.
Kluczowym elementem analizy była energia wydzielana w trakcie wyładowania łukowego, której wartość zależy od czasu trwania zwarcia, napięcia i natężenia prądu łuku. Przytoczono wzory i zależności umożliwiające szacowanie tej energii, a także wskazano orientacyjne progi cieplnych uszkodzeń: od zapłonu izolacji po topnienie przewodników. W szczególności wykazano, że to czas trwania łuku, a nie samo napięcie zasilające, jest głównym czynnikiem wpływającym na skalę zniszczeń.
W niniejszej, trzeciej części cyklu skupiono się na praktycznych aspektach szacowania wartości energii wydzielonej podczas powstałego wyładowania łukowego. Na podstawie dwóch rzeczywistych przykładów obliczeniowych krok po kroku przedstawiono sposób wyznaczania wartości prądów zwarciowych
Do obliczeń rzeczywistych wartości prądów zwarć łukowych zaleca się stosowanie normy IEEE 1584. Obliczenia wykonane zgodnie z tą normą umożliwiają uzyskanie wartości prądów zwarciowych zbliżonych do rzeczywistych prądów, które mogą wystąpić podczas zwarcia łukowego. W praktyce bowiem wartości prądów zwarć łukowych są niższe od wartości prądów zwarć metalicznych określonych przez projektanta, ze względu na dodatkową rezystancję kolumny łukowej w obwodzie zwarciowym. Skutkuje to dłuższym czasem trwania zwarcia łukowego oraz większą energią cieplną uwolnioną w jego trakcie.
W analizach technicznych dopuszcza się uproszczone podejście, polegające na wyznaczeniu prądów i czasów trwania zwarcia metalicznego, a następnie obliczeniu energii łuku na tej podstawie. Jeżeli uzyskane wartości energii okażą się destrukcyjne dla aparatury rozdzielczej, zastosowanie obliczeń zgodnych z normą IEEE 1584 może być nieuzasadnione. Takie podejście umożliwia projektantowi podjęcie świadomej decyzji dotyczącej konieczności wdrożenia dodatkowych środków ochrony przed skutkami zwarć łukowych.
Wyniki obliczeń zostały zestawione z wartościami wynikającymi z tabeli BB.1 normy PN-EN 61439-2, co umożliwia bezpośrednie porównanie i ocenę skutków przyjęcia założeń uproszczonych [6, 7, 8, 9, 10]. Jak pokażą poniższe przykłady, różnice są istotne zarówno w kontekście doboru urządzeń, jak i odpowiedzialności projektowej.
Wyznaczanie prądów zwarciowych w rozdzielnicy głównej
W niniejszym przykładzie rozpatrywane będzie zwarcie w rozdzielnicy głównej zasilanej z transformatora SN/nn. Układ zasilania zaprezentowano na schemacie na rysunku 1.
Rys. 1. Schemat rozdzielnicy SN do przykładu 1 [11]
Parametry obwodu zwarciowego są następujące:
- zasilanie z własnej stacji transformatorowej:
– moc zwarciowa w miejscu przyłączenia transformatora (rozdzielnica SN): S"kQ = 110 MVA,
- moc transformatora: 1000 kVA, 15,0/0,4 kV/kV, typu RESIBLOC:
– rezystancja transformatora RTr: 0,001440 Ω,
– reaktancja transformatora XTr: 0,009491 Ω,
– impedancja transformatora ZTr: 0,009600 Ω.
- Most pomiędzy transformatorem a rozdzielnicą typu: przewód szynowy IMPACT2 1600, [3L+N] + PE (obudowa), przewodniki aluminiowe.
Parametry przyjętego rozwiązania:
- prąd znamionowy: 1600 A,
- rezystancja przewodników roboczych (L, N w temp. 20°C) RL = 0,040 mΩ/m,
- reaktancja przewodników roboczych (dla 50 Hz) – XL = 0,011 mΩ/m,
- impedancja przewodników roboczych (L, N) – ZL = 0,050 mΩ/m.
- rezystancja przewodnika ochronnego (PE-obudowa) RPE = 0,076 mΩ/m,
- reaktancja przewodnika ochronnego (PE-obudowa) XPE = 0,018 mΩ/m,
- długość mostu – L = 10 m.
Rys. 2. Widok elewacji rozdzielnicy RGnn [13]
Wyznaczenie poszczególnych prądów zwarciowych [12]
a) Impedancja, reaktancja i rezystancja systemu elektroenergetycznego:
b) I"k3 – początkowy prąd zwarciowy dla zwarcia trójfazowego (symetrycznego), w [A]:
c) I"k1 – początkowy prąd zwarciowy dla zwarcia jednofazowego, w [A]:
Do dalszych obliczeń autorzy przyjęli, że wartość prądu zwarcia dwufazowego jest taka sama jak prądu dla zwarcia jednofazowego.
d) I"k1min – najmniejszy spodziewany prąd zwarciowy przy zwarciu jednofazowym (obliczany na końcu obwodu – do celów ochrony przeciwporażeniowej – tu: na zaciskach aparatu głównego od strony zasilania), w [A]:
Na podstawie powyższych obliczeń wartości poszczególnych prądów zwarciowych wynoszą:
Wartości prądów zwarciowych przeliczone na stronę średniego napięcia:
Czas trwania zwarcia (czas zadziałania zabezpieczenia, przepalenia się wkładki bezpiecznikowej) po stronie średniego napięcia dla poszczególnych wartości prądów będzie wynosić:
a) dla I"k3 = 20005 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 1,8 s,
b) dla I"k1 = 19675 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 1,8 s,
c) dla I"k2 = 19675 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 1,8 s,
d) dla I"k1min = 15196 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 8 s.
Rys. 3. Charakterystyka czasowo-prądowa wkładki bezpiecznikowej SN stanowiącej zabezpieczenie transformatora Tr 1000 kVA [13]
Wyznaczanie prądów zwarciowych w rozdzielnicy obiektowej
Rozpatrywana rozdzielnica obiektowa jest zasilana z rozdzielnicy głównej z poprzedniego przykładu.
Rys. 4. Schemat rozdzielnicy obiektowej do przykładu 2 [11]
Parametry obwodu zwarciowego są następujące:
- linia zasilająca rozdzielnicę obiektową (R1) o następujących parametrach:
– typ kabla: YKYżo 5x25,
– długość linii: L = 100 m.
Wyznaczenie poszczególnych prądów zwarciowych [12]
a) Rezystancja i reaktancja linii zasilającej rozdzielnicę R1:
gdzie:
RL_R1 – rezystancja przewodu fazowego, w [Ω],
RN_R1 – rezystancja przewodu neutralnego, w [Ω],
RPE_R1 – rezystancja przewodu ochronnego, w [Ω],
XL_R1 – reaktancja przewodu fazowego, w [Ω],
XN_R1 – reaktancja przewodu neutralnego, w [Ω],
XPE_R1 – reaktancja przewodu ochronnego, w [Ω],
L – długość linii,
γ – konduktywność przewodu, w [m/(Ω•mm2)],
S – przekrój przewodu, w [mm2].
b) I"k3 – początkowy prąd zwarciowy dla zwarcia trójfazowego (symetrycznego), w [A]:
c) I"k1 – początkowy prąd zwarciowy dla zwarcia jednofazowego, w [A]:
Do dalszych obliczeń autorzy przyjęli, że wartość prądu zwarcia dwufazowego jest taka sama jak prądu dla zwarcia jednofazowego.
d) I"k1min – najmniejszy spodziewany prąd zwarciowy przy zwarciu jednofazowym (obliczany na końcu obwodu – do celów ochrony przeciwporażeniowej, tu: na zaciskach aparatu głównego od strony zasilania), w [A]:
Na podstawie powyższych obliczeń wartości poszczególnych prądów zwarciowych wynoszą:
Czas trwania zwarcia, czyli czas zadziałania zabezpieczenia (wyłącznika kompaktowego) w rozdzielnicy RGnn dla poszczególnych wartości prądów będzie wynosić:
a) dla I"k3 = 2994 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 0,008 (8 ms),
b) dla I"k1 = 1537 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 0,012 (12 ms),
c) dla I"k1min = 1223 A czas trwania zwarcia nie przekroczy 0,012 (12 ms).
Rys. 5. Charakterystyka czasowo-prądowa wyłącznika Q1 (Tmax XT1N 160, In = 80 A) zabudowanego w rozdzielnicy RGnn [13]
Rys. 6. Widok elewacji rozdzielnicy R1 [13]
Analiza energii zwarcia łukowego w rozdzielnicy głównej
Na podstawie analizy dokumentacji technicznej rozdzielnicy głównej, rozpatrywanej w poprzednim przykładzie, określono miejsca o podwyższonym ryzyku rozwoju zwarcia łukowego.
W kontekście konstrukcji rozdzielnicy głównej, za najbardziej newralgiczne punkty wewnętrzne, w których może dojść do inicjacji łuku elektrycznego, uznaje się punkty:
- pomiędzy zaciskami aparatów,
- pomiędzy szynami fazowymi,
- pomiędzy szyną fazową a szyną neutralną/ochroną,
- pomiędzy żyłami przewodów odpływowych.
Analizując geometrię rozdzielnicy, przyjęto, że najbardziej prawdopodobna długość kanału plazmowego może wynosić do 20 mm (pomiędzy szynami fazowymi).
Rys. 7. Widok rozdzielnicy RGnn – z oznaczonym prawdopodobnym miejscem zwarcia [13]
Biorąc to pod uwagę, wyznaczenie energii wyładowania łukowego, dla granicznego przypadku, który mógłby nastąpić w obrębie tej rozdzielnicy, jest następujące [5, 14, 15]:
gdzie:
Uav – zastępcza wartość napięcia łuku, w [kV],
da – długość łuku [mm]
Ia – wartość skuteczna prądu zwarcia, w [kA].
WA – energia wyładowania łukowego, w [kJ].
Wielkość energii wyładowania łukowego podczas zwarcia silnie zależy od długości kanału plazmowego, wartości prądu zasilającego zwarcie oraz czasu jego trwania. W oparciu o te parametry wyznaczono rozkład energii zwarcia łukowego zarówno dla przypadków trójfazowych, dwufazowych jak i jednofazowych, zakładając jej wydzielenie w miejscu wystąpienia uszkodzenia. Jako wartość prądu zasilającego zwarcie przyjęto prąd zwarcia dwufazowego, uprzednio wyznaczony dla analizowanej rozdzielnicy. Jednak w praktyce zwarcie dwufazowe może przejść w zwarcie trójfazowe, zatem wartość spodziewanego prądu może wzrosnąć do maksymalnej wartości i tym samym energia wydzielona w rozdzielnicy będzie jeszcze większa. Na tej podstawie przeprowadzono symulację, której celem było określenie granicznych parametrów wyładowania łukowego, przy których rozdzielnica może zostać uznana za zdatną do dalszej eksploatacji. Przy takich wartościach prądów zwarcia, czasie trwania zwarcia oraz długości łuku w analizowanej rozdzielnicy – ulegnie ona całkowitemu zniszczeniu. W związku z tym konieczne będzie wyposażenie jej w dodatkowe środki ochrony (pasywne/aktywne) oraz skrócenie czasu trwania zwarcia, co w praktyce oznacza wymianę pola SN z rozłącznika z bezpiecznikami na pole z przekaźnikiem zabezpieczeniowym z możliwością regulacji czasu zadziałania.
Rys. 8. Wyznaczona energia wyładowania łukowego dla prądu 20 kA
w funkcji długości łuku przy wybranych czasach trwania wyładowania, rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
Wyznaczone wartości energii dla różnych czasów trwania zwarcia wskazują, że w przypadku rozdzielnicy głównej kluczowym czynnikiem decydującym o jej wytrzymałości zwarciowej jest właśnie czas trwania wyładowania łukowego. W sytuacji, gdy zwarcie zostanie wykryte i wyłączone w czasie nieprzekraczającym 0,01 s – czyli w połowie okresu prądu sieciowego – możliwe jest, po wykonaniu oględzin oraz pomiarów, przywrócenie rozdzielnicy do dalszej eksploatacji. W przypadku dłuższego czasu trwania zwarcia, ale nieprzekraczającego jednego pełnego okresu (0,02 s), decydujące znaczenie ma długość łuku, a tym samym miejsce wystąpienia uszkodzenia [4] i [5]. Na podstawie przeprowadzonej analizy stwierdzono, że jeżeli długość kolumny łukowej nie przekroczy 40 mm, również w takim przypadku możliwe jest przywrócenie rozdzielnicy do pracy – po przeprowadzeniu odpowiedniej oceny stanu technicznego. We wszystkich pozostałych sytuacjach zwarcie łukowe prowadzi do nieodwracalnych uszkodzeń rozdzielnicy, co wiąże się z koniecznością przeprowadzenia jej remontu lub całkowitej wymiany. Przeanalizowano również przypadek, w którym prąd wyładowania łukowego byłby ograniczony do najmniejszego spodziewanego prądu zwarcia w obrębie tej rozdzielnicy, wynoszącego w tym przypadku 15,2 kA.
Rys. 9. Wyznaczona energia wyładowania łukowego dla prądu 15,2 kA w funkcji długości łuku przy wybranych czasach trwania wyładowania, rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
Z przeprowadzonej symulacji wynika, że również w analizowanym przypadku, jeżeli uszkodzenie zostanie wykryte i wyłączone w czasie nieprzekraczającym 0,01 s, rozdzielnica może zostać dopuszczona do dalszej eksploatacji po wykonaniu oględzin oraz pomiarów. Dla czasu wyłączenia zwarcia nieprzekraczającego 0,02 s, dopuszczalna długość kolumny łukowej zwiększa się do około 120 mm, bez konieczności wyłączenia rozdzielnicy z eksploatacji.
Wystąpienie zwarcia łukowego o dłuższym czasie trwania skutkuje natomiast przekroczeniem granicznych wartości energii i długości łuku, co prowadzi do trwałego uszkodzenia rozdzielnicy. W takim przypadku niezbędny jest jej remont lub całkowita wymiana.
Analiza energii zwarcia łukowego w rozdzielnicy obiektowej
Podobnie jak w przypadku rozdzielnicy głównej, na podstawie analizy dokumentacji technicznej rozdzielnicy obiektowej określono obszary, w których ryzyko wystąpienia zwarcia łukowego jest najwyższe.
W odniesieniu do rozdzielnicy obiektowej, za najbardziej newralgiczne punkty wewnętrzne, w których może dojść do rozwoju wyładowania łukowego, uznaje się:
- bloki rozdzielcze/szyny rozdzielcze,
- zaciski aparatów,
- złączki szynowe,
- miejsca pomiędzy żyłami przewodów zasilających/odpływowych.
Na podstawie geometrii konstrukcji rozdzielnicy obiektowej oszacowano, że maksymalna długość kanału plazmowego łączącego potencjalne punkty, w których może dojść do zapłonu kolumny łukowej, może wynosić 100 mm.
Rys. 10. Widok rozdzielnicy R1 – z oznaczeniem miejsca, gdzie potencjalnie/często dochodzi do zwarć,
rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
Uwzględniając powyższe, wyznaczenie energii wyładowania łukowego możliwej do wygenerowania w obrębie tej rozdzielnicy przeprowadzono w sposób analogiczny jak dla rozdzielnicy głównej. Zastosowano te same założenia dotyczące wartości prądu zasilającego, czasu trwania zwarcia oraz charakterystyki kanału łukowego. Biorąc to pod uwagę, wyznaczenie energii wyładowania łukowego, dla granicznego przypadku, który mógłby nastąpić w obrębie tej rozdzielnicy, jest następujące [5], [14], [15]:
gdzie:
Uav – zastępcza wartość napięcia łuku, w [kV],
da – długość łuku, w [mm],
Ia – wartość skuteczna prądu zwarcia, w [kA],
WA – energia wyładowania łukowego, w [kJ].
Rys. 11. Wyznaczona energia wyładowania łukowego dla prądu 3 kA
w funkcji długości łuku przy wybranych czasach trwania wyładowania, rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
Rozpatrując zwarcie jednofazowe w stosunku do N lub PE i korzystając z poprzednich obliczeń, można zauważyć, że prąd zasilający takiego rodzaju uszkodzenie jest mniejszy i wynosi 1,5 kA.
Rys. 12. Wyznaczona energia wyładowania łukowego dla prądu 1,5 kA w funkcji długości łuku przy wybranych czasach trwania wyładowania, rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
W przypadku rozpatrywanego zwarcia rozdzielnica może zostać przywrócona do eksploatacji po oględzinach oraz pomiarach, niezależnie od długości kolumny łukowej, pod warunkiem że uszkodzenie zostanie wykryte i wyłączone w czasie nieprzekraczającym 200 ms. Dla czasów trwania zwarcia przekraczających tę wartość, możliwość dalszej eksploatacji rozdzielnicy zależy od lokalizacji uszkodzenia oraz długości kolumny łukowej.
Rys. 13. Wyznaczona energia wyładowania łukowego dla prądu 1,2 kA w funkcji długości łuku przy wybranych czasach trwania wyładowania, rys. M. Czosnyka, M. Orzechowski
Analizując prąd zwarcia zasilany najmniejszą spodziewaną wartością prądu zwarcia, otrzymujemy wnioski zbliżone do wyników poprzedniej symulacji. Różnica polega na tym, że rozdzielnica będzie nadawała się do dalszej eksploatacji, jeśli uszkodzenie nie potrwa dłużej niż 0,5 sekundy, a długość kolumny łukowej nie przekroczy 80 mm. W przypadku dłuższego czasu trwania zwarcia – do 1 sekundy – graniczna dopuszczalna długość łuku zmniejsza się do około 20 mm.
Uwagi i wnioski i końcowe
- Właściwe szacowanie wartości spodziewanych prądów zwarciowych (fazowych, neutralnych, ochronnych) jest niezwykle istotne dla doboru aparatury, przekrojów przewodów, wytrzymałości mechanicznej torów prądowych oraz skuteczności działania zabezpieczeń.
- Przeprowadzone przykłady obliczeniowe w rozdzielnicy głównej i obiektowej jasno pokazują, że wartości prądów zwarciowych obliczone według wzorów znacznie różnią się od wartości wyznaczonych na podstawie tabeli BB.1 normy PN-EN 61439-2 (60% wartości I”k3).
- Stosowanie uproszczonych założeń normatywnych, zwłaszcza w przypadku rozdzielnic głównych zasilanych bezpośrednio z transformatora, może prowadzić do niedoszacowania prądów (szczególnie I”k1 i Ik1min, które mogą być zbliżone do I”k3) i w konsekwencji do zniszczenia rozdzielnicy. Wartości normatywne mogą być poprawne jedynie w instalacjach oddalonych od źródła, np. w rozdzielnicach obiektowych.
- Projektant powinien podawać wartości I”k1 oraz Ik1min, a producent rozdzielnicy nie powinien opierać się wyłącznie na wartościach z tabeli BB.1 normy PN-EN 61439-2.
- Wartość energii wydzielanej podczas wyładowania łukowego zależy od czasu trwania zwarcia, napięcia i natężenia prądu łuku, przy czym to czas trwania łuku, a nie samo napięcie zasilające, jest głównym czynnikiem wpływającym na skalę zniszczeń.
- Dla rozdzielnicy głównej kluczowym czynnikiem decydującym o jej wytrzymałości zwarciowej jest czas trwania wyładowania łukowego.
- Wykrycie i wyłączenie zwarcia w czasie do 0,01 s (pół okresu prądu sieciowego) umożliwia przywrócenie rozdzielnicy do eksploatacji po oględzinach.
- Dla czasu do 0,02 s (jednego pełnego okresu), decydujące znaczenie ma długość łuku; dalsza eksploatacja jest możliwa, jeśli długość kolumny łukowej nie przekroczy 40 mm (dla największego prądu zwarciowego) lub około 120 mm (dla najmniejszego prądu zwarciowego).
- Dłuższy czas trwania zwarcia prowadzi do nieodwracalnych uszkodzeń i konieczności remontu lub wymiany rozdzielnicy.
- W rozdzielnicyobiektowej, ze względu na mniejsze prądy zwarciowe (np. 1,5 kA dla zwarcia jednofazowego), tolerancja na czas trwania łuku jest większa.
- W przypadku zwarcia jednofazowego rozdzielnica może zostać przywrócona do eksploatacji po oględzinach, niezależnie od długości kolumny łukowej – pod warunkiem wyłączenia uszkodzenia w czasie do 200 ms.
- Stosowanie zabezpieczenia transformatora SN/nn w postaci wkładek topikowych może w krytycznych przypadkach (przy niezastosowaniu innych środków wykrywających łuk elektryczny) powodować dłuższy czas trwania zwarcia niż dopuszczalny z punktu wytrzymałości rozdzielnicy przy zwarciu łukowym. W przypadku wyznaczenia długich czasów trwania zwarcia (np. powyżej 0,2 s) po stronie niskiego napięcia konieczne będzie zastosowanie dodatkowych zabezpieczeń w rozdzielnicy niskiego napięcia (ochrona pasywna/aktywna) lub/i wymiana zabezpieczenia po stronie niskiego napięcia na przekaźnik zabezpieczeniowy umożliwiający regulację czasów. (Sposoby eliminacji tego problemu zostaną przedstawione w kolejnym artykule z niniejszej serii.)
- W przypadku wystąpienia najmniejszego spodziewanego prądu zwarcia, rozdzielnica nadaje się do dalszej eksploatacji, jeśli uszkodzenie nie potrwa dłużej niż 0,5 s (dla długości kolumny łukowej do 80 mm) lub do 1 s (dla łuku zmniejszającego się do około 20 mm).
- Wybór metody obliczeniowej powinien być dostosowany do etapu opracowania projektu oraz wymaganej dokładności analizy. W fazie koncepcyjnej lub wstępnej projektowania dopuszczalne jest stosowanie metod uproszczonych, które umożliwiają szybką ocenę ryzyka i wstępny dobór środków ochronnych. Dla końcowych opracowań technicznych, w szczególności dotyczących obiektów o wysokim poziomie zagrożenia, zaleca się stosowanie pełnych obliczeń zgodnych z normą IEEE 1584, co pozwala na uzyskanie bardziej precyzyjnych wyników.
W kolejnej części artykułu zostanie przedstawione szczegółowe omówienie procedury obliczeniowej zgodnej z normą IEEE 1584, wraz z przykładami praktycznego zastosowania w analizie ryzyka zwarć łukowych.
Literatura
- S. J. Kulas, H. Supronowicz, Analiza łuku elektrycznego awaryjnego i sposoby ograniczania jego skutków. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, 2014.
- Elegrow Technology, Arc Flash – What Is It? How To Prevent It. Elegrow Technology, Arc Flash – What Is It? How To Prevent It? 2022. Dostępne na: https://elegrow.com/arc-flash-what-is-it-how-to-prevent-it/ [dostęp: 10.12.2025].
- A. Redlak, „Przegląd pożarniczy”.
- M. Czosnyka, M. Orzechowski, R. Dudzik, Zwarcia łukowe w rozdzielnicach średniego i niskiego napięcia (część 1.). Podstawy teoretyczne, „elektro.info” nr 9/2024.
- M. Czosnyka, M. Orzechowski, R. Dudzik, Zwarcia łukowe w rozdzielnicach średniego i niskiego napięcia (część 2.), „elektro.info” nr 10/2024.
- PN-EN 61439-2:2011 Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 2: Rozdzielnice i sterownice do rozdziału energii elektrycznej.
- PN-EN 61439-1:2011 Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 1: Postanowienia ogólne.
- PN-EN IEC 61439-1:2021-10 Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 1: Postanowienia ogólne.
- PN-EN IEC 61439-2:2021-10 Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 2: Rozdzielnice i sterownice do rozdziału energii elektrycznej.
- PN-EN 61439-3:2012 Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 3: Rozdzielnice tablicowe przeznaczone do obsługiwania przez osoby postronne (DBO).
- M. Orzechowski, M. Mikulski, Połączenia wewnętrzne w rozdzielnicach niskich napięć – studium przypadków: odporność zwarciowa elementów realizujących rozdział energii, „elektro.info” 1–2/2022.
- J. Wiatr, M. Orzechowski, Poradnik projektanta elektryka. Podstawy zasilania budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i innych obiektów nieprzemysłowych w energię elektryczną, wyd. VI. Grupa MEDIUM, Warszawa 2021.
- PartnerHub/DocWeb – oprogramowanie firmy ABB do obliczeń oraz modelowania instalacji elektrycznych.
- I. Surówka, Instalacje elektryczne. Zwarcia łukowe w rozdzielnicach elektroenergetycznych SN i nn. Europejski Instytut Miedzi, 2017 [online]. Dostępne na: https://leonardo-energy.pl/wp-content/uploads/2017/01/zwarcia-lukowe-w-rozdzielnicach-elektroenergetycznych-SN-i-nn.pdf.
- A. Klajn, H. Markiewicz, I. Surówka, Nowa metoda eliminacji łuku zakłóceniowego w urządzeniach elektrycznych. Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004. V Konferencja Naukowo-Techniczna.
