Ochrona przeciwpożarowa instalacji elektrycznej
W Polsce co roku odnotowuje się około 40 000 pożarów obiektów mieszkalnych, hal produkcyjnych czy magazynów w których ginie około 5 000 osób a 70 000 osób zostaje rannych. Straty wynikające z pożarów w ciągu roku to ponad 1,6 miliarda złotych. Niestety ilość odnotowywanych pożarów z roku na rok rośnie, dlatego ochrona przeciwpożarowa w budynkach staje się kluczowym zagadnieniem.
Aby zapobiegać pożarom należy przede wszystkim zbadać główne przyczyny ich powstania. Zgodnie ze statystykami głównym czynnikiem powstawania pożarów jest czynnik ludzi, którego wyeliminowanie jest praktycznie niemożliwe. Dlatego należy skupić się na drugim czynniku jakim jest instalacja elektryczna. To jej niepoprawne działanie, starzenie się, powoduje co 5 pożar. Rozwiązaniem tego problemu jest stałe monitorowanie instalacji elektrycznej, dzięki czemu w każdej chwili będziemy wiedzieć jaki jest stan izolacji i czy w danym obwodzie nie ma zagrożenia pożarem.
Dodatkowa ochrona przeciwpożarowa
Obecnie w budynkach pod jednym dachem i w niewielkiej odległości znajdują się sieci i urządzenia, które powodują duże zakłócenia (UPSy, komputery, zasilacze impulsowe) i takie które są bardzo wrażliwe na wszelkiego rodzaju zakłócenia (sieci komputerowe, sieci sterownicze, teletechniczne, przeciwpożarowe czy kontroli dostępu). Bliskość tych dwóch typów instalacji i urządzeń może powodować nie tylko zakłócenia, ale ma również wpływ na bezpieczeństwo pożarowe. Dowiedz się więcej >>
Zgodnie z normami ochrona przeciwpożarowa i przeciwporażeniowa w obiektach realizowana jest przez wyłączniki różnicowoprądowe. Niestety ostatnie badania przeprowadzone przez Sekcję Producentów Aparatów Elektrycznych KIGIET w 2017 r., ujawniły iż ponad 55% dostępnych na rynku wyłączników różnicowoprądowych jest niezgodna z normą PN-EN 61008-1. Tak więc można założyć iż problem z bezpieczeństwem elektrycznym w budynkach jest rzeczywiście bardzo duży. Do tego bardzo istotną kwestią jest również rodzaj stosowanych zabezpieczeń w obiektach. Z uwagi na duże nasycenie elektroniki wyposażonej w falowniki prąd różnicowy podlega odkształceniu i zwykłe wyłączniki różnicowoprądowe typu AC nie wykryją tego typu doziemienia, a w miejscu uszkodzenia energia elektryczna zamieni się w energię cieplną i przy jedynie mocy 60 W dojdzie w tym punkcie do pożaru (rys. 1.).
Rys. 1. Doziemienie w sieci TN
Najlepszym i najpewniejszym rozwiązaniem jest stałe monitorowanie prądów upływu pozwalające na wykrycie takiej sytuacji i uniknięcie zagrożenia porażeniowego lub pożarowego. Co więcej zastosowanie kontroli prądów różnicowych umożliwia także wcześniejsze wykrycie możliwego zagrożenia i pozwala zapobiec odłączeniu zasilania.
Jedynie stałe monitorowanie stanu izolacji sieci jest w stanie dać wystarczająco wcześnie informacje ostrzegawcze o zachodzących zmianach, a przez to umożliwić podjęcie odpowiednio szybko działań zapobiegawczych i niedopuszczenie do osiągniecia stanu, przy którym konieczne jest działanie zabezpieczeń i przerwa w dostawie energii. Skorzystaj z wiedzy i doświadczenia naszych specjalistów >>
Kontrola prądów różnicowych
Systemy monitorowania prądów różnicowych umożliwiają wykrywanie przekroczenia dopuszczalnych wartości progowych prądów różnicowych, z możliwością dowolnego ich ustawiania na każdym kanale pomiarowym. Umożliwia to monitoring prądów zarówno na poziomie pojedynczych miliamperów (na przykład w obwodach odbiorczych lub sieciach sterowniczych) jak również wartości kilkunastu czy kilkudziesięciu amperów co może mieć miejsce w głównych liniach zasilających. Z przedstawionego wykresu (rys. 2.) wynika iż otrzymanie wcześniejszej informacji na temat zwiększenia się prądu różnicowego daje dodatkowy czas aby zapobiec sytuacji krytycznej, co pozwala lepie planować wszelkiego rodzaju prace konserwacyjne.
Rys. 2. Wykres przedstawiający czas uzyskany dzięki monitorowaniu prądów różnicowych
Przekaźniki różnicowoprądowe nie wyłączają bezpośrednio obwodu kontrolowanego, dostarczają jedynie informacji o wartości lub osiągnięciu danego poziomu prądu różnicowego. Przekaźniki różnicowoprądowe posiadają:
- nastawialne wartości alarmowe,
- nastawialną zwłokę czasową,
- przekaźnik wyjściowy sygnalizujący alarm,
- możliwość obserwacji aktualnej wartości prądu różnicowego.
Ich zaletą jest również to, że nie są umieszczane w głównym torze prądowym, ponieważ pomiar prądu dokonywany jest przez przekładnik prądowy. Ideę monitoringu stanu izolacji poprzez pomiar poszczególnych prądów różnicowych obrazuje rysunek 3.
Rys. 3. Przykład systemu monitoringu prądów różnicowych w instalacjach zasilających i odbiorczych
W nowoczesnych budynkach mamy do czynienia z różnego rodzaju sprzętem elektronicznym powodującym zakłócenia. Przekładniki do pomiarów prądów różnicowych dostępne są w dwóch klasach:
- klasa A – aparaty reagujące na prądy różnicowe sinusoidalne i pulsujące stałe, przy czym składowa stała nie może przekraczać 6 mA,
- klasa B – aparaty reagujące na dowolny rodzaj prądu różnicowego, łącznie z gładkim stałym.
Coraz większa liczba zasilaczy impulsowych, falowników powoduje iż niezbędne staje się stosowanie urządzeń pozwalających na wykrywanie nie tylko gładkich i pulsujących prądów różnicowych, ale także stałych. Wynika z tego iż powszechnie stosowane wyłączniki różnicowoprądowe klasy A, nie zawsze są wstanie poprawnie działać. System kontroli prądów różnicowych przystosowane są zarówno do przekładników klasy A jak i klasy B, co pozwala na wyeliminowanie ryzyka niewykrycia doziemienia.
Poza tym należy uwzględnić zakres częstotliwości prądów różnicowych, które są obserwowane przez przekaźnik. Ma to znaczenie zwłaszcza wtedy, gdy kontrolowana sieć ma duży poziom zakłóceń. Składowe harmoniczne w prądzie głównym, w przypadku powstania upływu, pojawią się także w prądzie różnicowym. Jeżeli zastosowany przekaźnik będzie monitorował zbyt małe widmo częstotliwości, może się okazać, że nie zareaguje na stan zagrożenia ze względu na niedoszacowanie faktycznej wartości prądu różnicowego płynącego w uszkodzonej instalacji.
Dodatkowe pomiary
O tym, jaki parametr sieci monitorujemy decyduje miejsce i sposób zamontowania przekładnika pomiarowego. Poniżej przedstawione jest kilka podstawowych propozycji punktów pomiarowych ważnych z punktu widzenia kontroli pracy sieci zasilającej w budynku.
Monitorowanie ciągłości przewodów N
Powszechne zastosowanie odbiorników nieliniowych (np. zasilacze impulsowe sprzętu biurowego) sprawia iż wartość prądów harmonicznych jest bardzo duża. Konsekwencją tego może być podwyższenie wartości prądu w przewodzie neutralnym do poziomu większego niż prądy fazowe, co doprowadzić może do przegrzania przewodu N i jego upaleniu na zaciskach. Powoduje to groźne konsekwencje np. podskoki napięć w sieci. Monitorowanie prądu w przewodzie N pozwala z wyprzedzeniem zasygnalizować sytuację zagrożenia (zbyt duży prąd) lub wykryć powstałą awarię (zanik prądu).
Kontrola prądów błądzących i przewodu PE
Nowe instalacje budynkowe projektowane są jako sieci TN-S. W takiej instalacji przewód PE powinien być połączony z przewodem neutralnym N tylko w jednym punkcie (w rozdzielni głównej) a jego zadaniem jest dostarczenie potencjału ziemi do ochrony odbiorów. Przepływ prądu w przewodnie PE informuje nas o powstaniu kolejnego połączenia między siecią a ziemią, a więc np. doziemieniu lub zmianie konfiguracji sieci z TN-S na TN-C-S.
Kolejnym groźnym zjawiskiem występujących w budynkach są prądy błądzące. Pojęcie to określa wszystkie prądy, które nie przepływają przez przewody L, N i PE, tylko znajdują inną drogę upływu np. metalowe instalacje nieelektryczne budynku takie jak rurociągi, zbrojenia czy ekrany kabli sygnalizacyjnych lub komunikacyjnych. Prowadzi to do niszczenia rur, systemów odgromowych i innych elementów przewodzących. Prądy błądzące mogą doprowadzić również do zniszczenia ekranów kabli, a w krytycznym przypadku doprowadzić do pożaru. Dodatkowo może dojść do zakłócenia pracy urządzeń IT oraz systemów przesyłów danych, bez których praca w dzisiejszych czasach wydaje się niemożliwa. Prądy błądzące mogą również przyczynić się do wystąpienia znacznych napięć dotyku i w związku z tym stwarzają niebezpieczeństwo porażenia ludzi.
Zarówno kontrola ciągłości przewodu PE, jak i kontrola prądów błądzących odbywać może się za pomocą tego samego systemu co kontrola prądów różnicowych różni się jedynie sposób montażu przekładników prądowych, co przedstawione jest na rysunku nr 4.
Rys. 4. Możliwości pomiaru prądów znamionowych i pasożytniczych jednym spójnych systemem, gdzie: IΔN – prąd różnicowy instalacji odbiorczej, IN – prąd płynący w przewodzie neutralnym N i kontrola ciągłości tego przewodu, IPE – prąd płynący w przewodzie ochronnym PE i kontrola ciągłości tego przewodu, IPEN-PE – prąd płynący w miejscu rozdziału przewodu PEN (główna rozdzielnica budynku) na PE i N, IPAS – prąd płynący pomiędzy przewodem PE a układem połączeń wyrównawczych, IΔ – prądy błądzące
System kontroli prądów różnicowych zamiast pomiarów okresowych
Każda instalacja elektryczna wymaga sprawdzania poprawności parametrów związanych z bezpieczeństwem jej użytkowania. Sposób pomiarów oraz ich częstotliwość określa norma PN-HD 60364-6 Instalacje elektryczne niskiego napięcia Część 6: Sprawdzanie.
Poprawne wykonanie pomiarów ochronnych instalacji wymaga znacznego nakładu pracy na sprawdzanym obiekcie. Jednym z najtrudniejszych pomiarów do przeprowadzania na obiekcie już istniejącym jest kontrola izolacji instalacji elektrycznej. W celu odpowiedniego przeprowadzenia pomiarów rezystancji izolacji instalacji należy odłączyć wszystkie urządzenia elektroniczne, wykręcić wszelkie źródła światła, odłączyć ograniczniki przepięć oraz sterowniki PLC.
Cała procedura jest bardzo trudna do przeprowadzanie w obiektach biurowych, serwerowniach czy halach produkcyjnych, gdzie ilość urządzeń jest bardzo duża, a zdarza się iż odłączenie urządzeń elektronicznych jest wręcz niemożliwe. Dlatego bardzo często badania izolacji są przeprowadzane niepoprawnie bez odłączania urządzeń lub w ogóle są pomijane. Jednak zgodnie z przytaczaną już normą PN-HD 60364-6 punkt 62.2.2, jeżeli w instalacji pracuje system stałego nadzoru i wykwalifikowana obsługa reaguje na jego odczyty to może on zastąpić sprawdzanie okresowe. Oznacza to iż zgodnie z normą system monitorowania prądów różnicowych pozwala uniknąć kłopotliwych i kosztownych sprawdzeń okresowych w zakresie kontroli izolacji instalacji.
Podsumowanie
Ciągła kontrola instalacji elektrycznej a zwłaszcza prądów różnicowych pozwala zapobiegać nagłym wyłączeniom instalacji elektrycznej, a przede wszystkim pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa pożarowego i porażeniowego. Odpowiednio zaprojektowany system monitoringu oprócz wykrycia stanu awarii, umożliwia również sygnalizację i wysłanie informacji prewencyjnej, pozwalającej na podjęcie wcześniejszej akcji serwisowej. Dodatkowo pozwala na uniknięcie kłopotliwych okresowych pomiarów rezystencji izolacji. Zapewnienie bezpieczeństwa oraz zwiększenie pewności zasilania poprzez system monitoringu prądów różnicowych, pozwala uniknąć znacznych szkód oraz bardzo dużych kosztów związanych z uszkodzeniem sprzętu, utratą danych czy też odszkodowaniem dla poszkodowanego personelu.
