Uproszczony projekt zasilania hali produkcyjnej w energię elektryczną

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 17 listopada 2016 r. w sprawie sposobu deklarowania właściwości użytkowych wyrobów budowlanych oraz sposobu znakowania ich znakiem budowlanym (Dz.U. z 2016 roku, poz. 1966 z późniejszymi zmianami) [6] wprowadziło wymóg certyfikowania elementów wchodzących w skład urządzenia lub całego urządzenia zwanego przeciwpożarowym wyłącznikiem prądu (PWP). Data wprowadzenia tego obowiązku była wielokrotnie zmieniana. Ostatecznie przepis obowiązuje od 1 stycznia 2021 r. Mimo obowiązywania tego przepisu, żadna z firm nie posiadała certyfikatu na poszczególne elementy (poza przyciskiem uruchamiającym PWP), a tym bardziej na cały zestaw elementów tworzących prefabrykowany wyrób PWP. Aby spełnić wymagania prawne, należało do projektu dodać tzw. „jednostkowe dopuszczenie”, o czym wielokrotnie informowaliśmy na łamach „elektro.info” wraz z podaniem podstawy prawnej [6].

Sytuacja (pozornie) zmieniła się 23 marca 2022 roku, kiedy to firma CERBEX Sp. z o.o. z Krosna jako pierwsza i na razie jedyna uzyskała certyfikat stałości właściwości użytkowych na przeciwpożarowy wyłącznik prądu (PWP), który zgodnie z wymaganiami Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 17 listopada 2016 r. w sprawie sposobu deklarowania właściwości użytkowych wyrobów budowlanych oraz sposobu znakowania ich znakiem budowlanym (Dz.U. z 2016 roku poz. 1966 z późniejszymi zmianami) [6] jako zestaw składający się z aparatu wykonawczego, urządzenia uruchamiającego oraz urządzenia sygnalizującego stan położenia aparatu wykonawczego, został zakwalifikowany jako wyrób budowlany do grupy 10, obejmującej stałe urządzenia przeciwpożarowe (wyroby do wykrywania i sygnalizacji pożaru, wyroby do kontroli rozprzestrzeniania ciepła i dymu oraz tłumienia wybuchu, systemy ewakuacyjne).

W praktyce jednak nic się nie zmieniło z punktu widzenia prawnego w zakresie PWP. Należy podkreślić, że pojawienie się certyfikatu jedynie umożliwia spełnienie wymagania prawnego w zakresie wprowadzenia PWP na dwa sposoby:

1) dotychczasowy, czyli wykorzystując tzw. „jednostkowe dopuszczenie” na podstawie art. 10 [6] – wyjaśnienie w dalszej części artykułu;

2) oraz za pomocą rozwiązania prefabrykowanego i posiadającego Certyfikat Stałości Właściwości Użytkowych na zestaw elementów tworzących prefabrykowany wyrób PWP.

Należy zauważyć, że niezależnie od tego, którą drogą pójdzie projektant, to w obu przypadkach musi opracować dokumentację projektową, w której zawrze wszystkie istotne parametry projektowanych urządzeń (tzn.: prądy znamionowe, odporność zwarciową projektowanych urządzeń, nastawy zabezpieczeń, wymagania w zakresie ochrony przeciwporażeniowej, sposób sterowania PWP itd.). Na podstawie tej dokumentacji będzie można:

1) wystawić dokument na tzw. „dopuszczenie jednostkowe”, co po spełnieniu wymogów określonych w art. 10, w związku z art. 5 Ustawy o wyrobach budowlanych (Dz.U. nr 92 z 2004 roku, poz. 881 z późn. zmianami) sprowadza się do wypełnienia podstawowymi danymi dokumentu, którego wzór prezentujemy na końcu artykułu, i jego podpisania przez projektanta obiektu budowlanego oraz dołączenia opracowanego projektu wraz z oświadczeniem prefabrykatora o zgodności produktu z dokumentacją i przepisami. Taka dokumentacja może posłużyć do wykonania PWP przez dowolną firmę zajmującą się prefabrykacją rozdzielnic elektrycznych;

2) lub wysłać do firmy (posiadającej certyfikat na zestaw) całą dokumentację na PWP, na podstawie której zostanie wykonany indywidualny projekt PWP i przesłany certyfikat Stałości Właściwości Użytkowych – to rozwiązanie może dostarczyć tylko i wyłącznie firma posiadająca certyfikat Stałości Właściwości Użytkowych na zestaw tworzący PWP*).

Należy podkreślić, że w każdym momencie tworzenia dokumentacji projektowej lub etapu inwestycji, na którym dokonywany jest wybór rozwiązania, jest możliwe przejście z jednego rozwiązania na drugie i odwrotnie. Zatem rodzi się pytanie: jaka jest podstawa prawna dopuszczenia jednostkowego?

Ustawa o wyrobach budowlanych (Dz.U. Nr 92 z 2004 r. poz. 881 z późniejszymi zmianami) przewiduje możliwość dopuszczenia jednostkowego, co wynika z następujących paragrafów:

Art. 5. Wymogi dotyczące wyrobów budowlanych

1. Wyrób budowlany objęty normą zharmonizowaną lub zgodny z wydaną dla niego europejską oceną techniczną może być wprowadzony do obrotu wyłącznie zgodnie z rozporządzeniem nr 305/2011. Wzór oznakowania CE określa załącznik II do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 765/2008 z dnia 9 lipca 2008 r., ustanawiającego wymagania w zakresie akredytacji i nadzoru rynku odnoszące się do warunków wprowadzania produktów do obrotu i uchylające rozporządzenie EWG nr 339/93 (Dz.Urz. UE L 218 z 13.08.2008 r., s. 30).

2. Wyrób budowlany nieobjęty normą zharmonizowaną, dla której zakończył się okres koegzystencji, o którym mowa w art. 17 ust. 5 rozporządzenia nr 305/2011, i dla którego nie została wydana europejska ocena techniczna, może być wprowadzony do obrotu, jeżeli został oznakowany znakiem budowlanym, którego wzór określa załącznik nr 1 do ustawy.

3. Wyrób budowlany nieobjęty zakresem przedmiotowym zharmonizowanych specyfikacji technicznych może być udostępniony na rynku krajowym, jeżeli został legalnie wprowadzony do obrotu w innym państwie członkowskim Unii Europejskiej lub w państwie członkowskim Europejskiego Porozumienia o Wolnym Handlu (EFTA) – stronie umowy o Europejskim Obszarze Gospodarczym, a jego właściwości użytkowe umożliwiają spełnienie wymagań podstawowych przez obiekty budowlane zaprojektowane i budowane w sposób określony w przepisach techniczno-budowlanych oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej. Wraz z wyrobem budowlanym udostępnionym na rynku krajowym przekazuje się informacje o jego właściwościach użytkowych oznaczonych zgodnie z przepisami państwa, w którym wyrób został wprowadzony do obrotu, instrukcje stosowania i obsługi oraz informacje dotyczące zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa, jakie wyrób ten stwarza podczas stosowania i użytkowania.

Art. 10. Indywidualna dokumentacja techniczna

1. Dopuszczone do jednostkowego zastosowania w obiekcie budowlanym są wyroby budowlane, z wyłączeniem wyrobów, o których mowa w art. 5 ust. 1, wykonane według indywidualnej dokumentacji technicznej, sporządzonej przez projektanta obiektu lub z nim uzgodnionej, dla których producent wydał oświadczenie, że zapewniono zgodność wyrobu budowlanego z tą dokumentacją oraz z przepisami.

2. Indywidualna dokumentacja techniczna, o której mowa w ust. 1, powinna zawierać opis rozwiązania konstrukcyjnego, charakterystykę materiałową i informację dotyczącą projektowanych właściwości użytkowych wyrobu budowlanego oraz określać warunki jego zastosowania w danym obiekcie budowlanym, a także, w miarę potrzeb, instrukcję obsługi i eksploatacji.

3. Oświadczenie, o którym mowa w ust. 1, powinno zawierać:

1) nazwę i adres wydającego oświadczenie;

2) nazwę wyrobu budowlanego i miejsce jego wytworzenia;

3) identyfikację dokumentacji technicznej;

4) stwierdzenie zgodności wyrobu budowlanego z dokumentacją techniczną oraz przepisami;

5) adres obiektu budowlanego (budowy), w którym wyrób budowlany ma być zastosowany;

6) miejsce i datę wydania oraz podpis wydającego oświadczenie.

Podsumowując, w przypadku PWP istnieje i będzie istniała możliwość skorzystania z „jednostkowego dopuszczenia” niezależnie od liczby dostępnych certyfikatów na zestaw elementów tworzących PWP. Wynika to z faktu, że brak jest normy zharmonizowanej z CPR2 na wyłącznik przeciwpożarowy prądu rozumiany jako zestaw. Tym samym żądanie stosowania wyłącznie rozwiązania posiadającego certyfikat jest niezgodne z obowiązującym prawem.

Opis przykładowego rozwiązania

W artykule prezentujemy rozwiązanie układu przeciwpożarowego wyłącznika prądu (PWP) w rzeczywistym układzie zasilania hali produkcyjnej, zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-5-56:2019-01, gdzie określa się wymóg całkowitego wyłączenia zasilania płonącego budynku po zakończonej ewakuacji. PWP tworzą dwa niezależne układy składające się z aparatów wykonawczych, przycisków zdalnego uruchomienia oraz sygnalizacji optycznej ciągłości obwodu sterowania wyzwoleniem i stanu położenia styków aparatów wykonawczych każdego układu PWP. Zaproponowane rozwiązanie stanowi kompromis pomiędzy nakładami finansowymi i wymaganą niezawodnością dla tego typu układów. Należy podkreślić, że prezentowane rozwiązanie jako jedyne umożliwia wczesne wykrywanie stanów awaryjnych w obwodzie PWP oraz informuje użytkownika, w tym również kierującego akcją ratowniczo-gaśniczą, o stanie tego urządzenia. Projektowane układy PWP gwarantują wyłączenie odbiorników powszechnego użytku, pozostawiając pod napięciem odbiorniki wspomagające akcję ratowniczo-gaśniczą. Po zakończonej ewakuacji na polecenie kierującego działaniami ratowniczymi istnieje możliwość całkowitego wyłączenia napięcia z płonącego budynku poprzez uruchomienie drugiego PWP, do którego dostęp mają jedynie zastępy PSP za pomocą klucza systemowego. Każdy aparat wykonawczy PWP ma możliwość ręcznego rozłączenia zestyków toru zasilania przez ratowników biorących udział w akcji ratowniczo-gaśniczej.

Podstawa opracowania

1. Zlecenie inwestora.

2. Warunki techniczne wydane przez zakład energetyczny.

3. Warunki zabudowy wydane przez Urząd Gminy (pominięte w artykule).

4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity: Dz.U. z 2022 r., poz. 1225)3.

5. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. Nr 109/2010, poz. 719).

6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 17 listopada 2016 r. w sprawie sposobu deklarowania właściwości użytkowych wyrobów budowlanych oraz sposobu znakowania ich znakiem budowlanym (Dz.U. z 2016 r., poz. 1966 z późniejszymi zmianami).

7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 17 listopada 2016 r. w sprawie krajowych ocen technicznych (Dz.U. z 2016 r., poz. 1968).

8. Wizja lokalna w terenie.

9. Projekt zagospodarowania terenu.

10. Uzgodnienie trasy projektowanej kablowej linii elektroenergetycznej w Zespole Uzgadniania Dokumentacji Projektowej.

11. N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.

12. N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.

13. PN-HD 60364-4-41:2009 (2017) Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

14. PN-HD 60364-5-56:2019-01 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-56: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Instalacje bezpieczeństwa.

15. PN-IEC 60364-5-52:2011 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów.

16. PN-EN 54-4:2001 Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 4: Zasilacze.

17. PN-EN 12101-10:2007 Systemy rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 10: Zasilacze.

18. Scenariusz rozwoju zdarzeń pożarowych.

19. Uzgodnienie z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż. oraz uzgodnienie z rzeczoznawcą ds. bhp.

20. Poradnik Projektanta Elektryka, J. Wiatr, M. Orzechowski, wydanie VI, Grupa Medium Sp. z o.o., Sp. K.

Wyciąg z warunków technicznych

Rejon Energetyczny gwarantuje dostawę mocy zapotrzebowanej P_Z = 150 kW ze stacji transformatorowej 15/0,4 kV „PRAMDOTÓW 1” o mocy 630 kVA, o parametrach zgodnych z wymaganiami normy PN-EN 50160. Dopuszczalna wartość współczynnika tgφ ≤ 0,4. Ze stacji transformatorowej „PRAMDOTÓW 1” należy wyprowadzić nowy obwód linii kablowej przeznaczonej do zasilania projektowanej hali produkcyjnej. Linię kablową należy wybudować kablem YAKXS 4×120, lub o większym przekroju, i wprowadzić do złącza kablowego ZK-1A zainstalowanego przy elewacji budynku projektowanej hali produkcyjnej. Projekt linii kablowej należy wykonać zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 004, w układzie zasilania TN-C. Instalację w budynku należy wykonać w układzie zasilania TN-S.

Półpośredni układ pomiarowy zużytej energii elektrycznej należy projektować w pomieszczeniu rozdzielni elektrycznej budynku hali produkcyjnej i przystosować do zdalnego przekazu danych do OSD.

Zespół prądotwórczy o mocy 275 kVA należy przyłączyć do zasilanego budynku w sposób uniemożliwiający jednoczesne podanie napięcia z SEE i generatora zespołu prądotwórczego oraz uniemożliwiający podanie napięcia z pracującego generatora do SEE.

Stan istniejący

W miejscowości Pramdotów (gm. Orzechowo) znajduje się kontenerowa stacja transformatorowa 15/0,4 kV „PRAMDOTÓW 1” o mocy 630 kVA, położona poza terenem inwestycji. W Rnn stacji transformatorowej znajduje się wolne pole umożliwiające przyłączenie kabla zasilającego projektowany budynek hali produkcyjnej. Projekt instalacji elektrycznych projektowanej hali produkcyjnej przewiduje układ kompensacji mocy biernej. Bateria kondensatorów statycznych zostanie przyłączona do RGB. Naturalny współczynnik mocy zapotrzebowanej przez projektowaną halę określony w projekcie instalacji elektrycznych wynosi cosφ = 0,7.

Stan projektowany

Elektroenergetyczną linię kablową o długości 350 m, wykonaną kablem YAKXS 4×240, należy wyprowadzić z Rnn stacji transformatorowej „PRAMDOTÓW 1” i układać w wykopie o głębokości 100 cm, na podsypce piasku o grubości 10 cm. Po ułożeniu kabla należy go zasypać warstwą piasku o grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu o grubości 25 cm, ułożyć taśmę kablową koloru niebieskiego wzdłuż całej trasy i zasypać wykop, przywracając stan gruntu do stanu początkowego. Układany kabel należy wprowadzić do złącza kablowego ZK-1A instalowanego przy elewacji wznoszonego budynku hali produkcyjnej. Na kablu należy w odstępach co 10 m nałożyć opaski kablowe zawierające następujące informacje: typ kabla – rok ułożenia – długość – trasa – symbol użytkownika – symbol wykonawcy.

Rurę SRS φ 160, stanowiącą osłonę kabla układanego pod drogą, należy uszczelnić od przedostawania się wody. Zacisk PEN w złączu kablowym ZK-1A należy uziemić. Rezystancja uziemienia: R_B ≤ 30 Ω. Plan projektowanych elektroenergetycznych linii kablowych przedstawia rysunek 1., natomiast schemat ideowy stacji transformatorowej 15/0,4 kV „PRAMDOTÓW 1” przedstawia rysunek 2. Na rysunku 3. został przedstawiony uproszczony schemat ideowy zasilania projektowanej hali produkcyjnej.

W pomieszczeniu rozdzielni elektrycznej, która stanowi osobną strefę pożarową w myśl § 209 ust. 3 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity Dz.U. z 2022 roku, poz. 1225), należy zainstalować szafę wyposażoną w układ automatyki SZR, półpośredni układ pomiarowy zużytej energii elektrycznej oraz aparat wykonawczy i elementy automatyki PWP, Rozdzielnicę Główną Budynku (RGB) oraz Rozdzielnicę Przeciwpożarową (Rppoż.). Projekt RGB oraz Rppoż. został w artykule pominięty. Stanowią one osobne opracowanie i wchodzą w zakres projektu instalacji elektrycznych budynku hali. Z Rppoż. zasilane będą wszystkie urządzenia elektryczne, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru, natomiast z RGB – pozostałe urządzenia elektryczne, instalowane jako wyposażenie projektowanej hali produkcyjnej.

Sterowanie PWP1 posiada układ zdalnego wyłączenia, uruchamiany przyciskiem zdalnego sterowania, zainstalowanym w przedsionku pożarowym w miejscu wskazanym na rysunku 1. Uruchomienie PWP1 powoduje odcięcie dopływu energii elektrycznej do odbiorników powszechnego użytku, pozostawiając pod napięciem odbiorniki wspomagające akcję ratowniczo-gaśniczą.

Przyciski zdalnego wyzwalania PWP1 oraz PWP2 zostały wyposażone w lampki kontrolne umożliwiające ocenę ciągłości połączeń przewodów sterujących oraz stanu położenia styków aparatu wykonawczego. Lampka żółta sygnalizuje stan połączeń przewodów zdalnego wyzwalania aparatu wykonawczego PWP. Lampka czerwona sygnalizuje stan załączenia, a lampka zielona sygnalizuje stan wyłączenia napięcia we wszystkich obwodach – z wyjątkiem tych, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru – dla PWP1; dla PWP2 świecenie lampki zielonej oznacza całkowite wyłączenie napięcia z płonącego budynku.

Zbicie szybki przycisku uruchamiającego PWP powoduje zwarcie zestyków, które gwarantują zadziałanie aparatu wykonawczego w czasie nie dłuższym niż 0,4 sekundy, zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-1:2009 (2017) (w przypadku uruchomienia przycisku sterującego w stanie beznapięciowym zwarte styki gwarantują zadziałanie aparatu wykonawczego w czasie nie dłuższym niż 0,4 s, dzięki czemu zapewniona jest ochrona od porażeń ekip ratowniczych oraz osób ewakuowanych z płonącego budynku).

W miejscu wskazanym na rysunku 1., na fundamencie wykonanym zgodnie z projektem branży konstrukcyjnej, należy zainstalować kontenerowy zespół prądotwórczy o mocy 275 kVA. Z tablicy przyłączy zespołu prądotwórczego należy wyprowadzić kabel zasilania awaryjnego 2×[4×YKY 120] oraz kabel sterowniczy, określony w DTR zespołu prądotwórczego, przeznaczony do sterowania aparatów wykonawczych automatyki SZR sieć/zespół prądotwórczy. Kable te należy wprowadzić do szafy PWP zainstalowanej w rozdzielni elektrycznej budynku hali.

Kable zasilania awaryjnego należy układać zgodnie z zasadami układania kabla zasilania podstawowego, opisanymi wyżej. Nastawa zabezpieczenia głównego generatora zespołu prądotwórczego została ustawiona przez producenta na prąd I_nG = 350 A.

Punkt neutralny generatora zespołu prądotwórczego należy uziemić. Rezystancja uziemienia RA ≤ 5 Ω. Uziemienie należy wykonać jako kombinowane, pogrążając dolny koniec pionowych prętów uziomowych na głębokość minimum 5 m poniżej dna wykopu rowu kablowego. Odległości pomiędzy pionowymi prętami nie powinny być mniejsze od 10 m. Uziomy pionowe należy połączyć galwanicznie taśmą Fe-Zn 30×4 stanowiącą uziom poziomy. Miejsca łączenia uziomów pionowych z uziomem poziomym należy zabezpieczyć przed korozją. Następnie należy zasypać uziom poziomy warstwą piasku o grubości 10 cm, stanowiącą podłoże do układania kabla. Odległość od uziomu do dolnej powierzchni kabla, zgodnie z normą N SEP-E 004, nie może być mniejsza niż 10 cm.

Obliczenia

1. Dobór kabla zasilania podstawowego projektowanej hali produkcyjnej:

(ze względu na projektowany układ kompensacji mocy biernej do obliczeń przyjęty został współczynnik tgφ = 0,4)

gdzie:

P_Z – moc czynna zapotrzebowana, w [kW],

k₂ – współczynnik niedopasowania charakterystyki prądowo-czasowej bezpiecznika topikowego i kabla zasilającego, w [-],

I_n – prąd znamionowy zabezpieczenia, w [A],

I_B – spodziewany prąd obciążenia, w [A],

I_Z – wymagana dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa przewodu

cosφ – współczynnik mocy, w [-].

Na podstawie normy PN-IEC 60364-5-52:2011 przy sposobie ułożenia „D” – po uwzględnieniu współczynników odpowiadających krajowej rezystywności gruntu oraz obciążalności czwartej żyły – warunki spełnia kabel YAKXS 4 x 240, dla którego:

W ZK-1A należy zainstalować bezpieczniki WTN2gG250, stanowiące zabezpieczenie kabla na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność, a w Rnn stacji transformatorowej – bezpieczniki topikowe WTN2gG400, stanowiące zabezpieczenie zwarciowe kabla. Na podstawie obliczeń spodziewanego prądu obciążenia – zgodnie z tabelą 2.10.7 zamieszczoną w „Poradniku projektanta elektryka” (J. Wiatr, M. Orzechowski, Grupa Medium Sp. z o.o., Sp. K., wydanie VI, 2021) – należy przyjąć przekładniki prądowe do układu pomiarowego zużytej energii elektrycznej o następujących parametrach: 200/5 A/A; S = 2,5 VA; kl. 02.

2. Sprawdzenie dobranego kabla zasilania podstawowego na zwarcia:

Na podstawie tabeli Z.3.1 z „Poradnika projektanta elektryka” (J. Wiatr, M. Orzechowski, Grupa Medium Sp. z o.o., Sp. K, wydanie VI, 2021) parametry zwarciowe transformatora wynoszą odpowiednio:

RT = 0,0030 Ω – rezystancja uzwojeń transformatora,

XT = 0,0165 Ω – reaktancja uzwojeń transformatora,

ZT = 0,0168 Ω – impedancja transformatora.

Uwaga!

Dla wyznaczenia wymaganego minimalnego przekroju kabla została wykorzystana całka Joule’a wyłączenia bezpiecznika topikowego WTNgG400, ponieważ przy spodziewanym prądzie zwacia symetrycznego wyłączenie zasilania nastąpi w czasie krótszym od 0,1 s.

3. Sprawdzenie dobranego kabla zasilania podstawowego ze względu na spadek napięcia:

4. Dobór mocy zespołu prądotwórczego:

gdzie:

x’ – jednostkowa reaktancja kabla, w [Ω/km],

X_k – reaktancja linii kablowej, w [Ω],

R_k – rezystancja linii kablowej, w [Ω],

cosφ – współczynnik mocy, w [-],

U_n – napięcie nominalne linii elektroenergetycznej, w [V],

S – przekrój żyły przewodzącej kabla, [mm2],

cosφ_z – współczynnik mocy zapotrzebowanej przez projektowany budynek hali, w [-],

cosφ_nG – znamionowy współczynnik mocy generatora zespołu prądotwórczego, w [-],

p – współczynnik wykorzystania,

S_nG – moc znamionowa zespołu prądotwórczego, w [kVA],

l – długość kabla, w [m],

ϒ – konduktywność żyły przewodzącej kabla, w [m/(Ω⋅ mm2)],

Z_T – impedancja transformatora, w [Ω],

k – jednosekundowa gęstość prądu zwarciowego, [A/mm2],

I²t_w – całka Joule’a wyłączenia, [A2⋅s],

Zostanie przyjęty zespół prądotwórczy o mocy S_nG = 275 kVA.

5. Dobór kabla zasilania awaryjnego na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność:

Na podstawie normy PN-IEC 60364-5-52:2011 przy sposobie ułożenia „D” – po uwzględnieniu współczynników odpowiadających krajowej rezystywności gruntu, obciążalności czwartej żyły oraz wielotorowości ułożenia – warunki spełnia kabel 2x[4xYKXS 120], dla którego:

6. Sprawdzenie dobranego kabla zasilania awaryjnego ze względu na spadek napięcia:

7. Sprawdzenie dobranego kabla z warunku samoczynnego wyłączenia (zwarcie w szafie PWP):

a) kabel zasilania podstawowego:

b) kabel zasilania awaryjnego:

8. Prądy zwarcia symetrycznego w szafie PWP:

a) zasilanie z SEE:

gdzie:

κ – współczynnik udaru, w [-],

I”_k3 – początkowy prąd zwarcia dla zwarć symetrycznych, w [kA],

I²t_w – całka Joule’a wyłączenia, w [A2s],

T – czas trwania zwarcia, w [s],

T_k – elektromagnetyczna stała czasowa obwodu zwarcia, w [s],

i_p – prąd zwarciowy udarowy, w [kA],

U₀ – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem PE lub PEN, w [V],

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy przyjąć następujące wymagania zwarciowe dla przekładników prądowych instalowanych w układzie pomiarowym:

znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1-sekundowy): IthT1 > 0,75 kA,

znamionowy prąd dynamiczny id > 5,4 kA;

b) zasilanie z generatora zespołu prądotwórczego:

gdzie:

x”_d – względna reaktancja wzdłużna generatora zespołu prądotwórczego, w [-],

U_nG – znamionowe napięcie generatora zespołu prądotwórczego, w [kV],

S_nG – moc znamionowa zespołu prądotwórczego, w [MVA],

X”_G – reaktancja generatora, w [Ω],

R_G – rezystancja generatora, w [Ω].

Spodziewane prądy zwarciowe pozwalają na przyjęcie aparatów elektrycznych o odporności zwarciowej nie mniejszej od 6 kA.

9. Dobór rezystora ograniczającego w układzie kontroli ciągłości obwodu sterowania PWP:

Na podstawie informacji uzyskanej w Dziale Wsparcia Technicznego firmy Legrand ustalono, że impedancja cewki rozłącznika DPX 400 wynosi Z_c = 150 Ω. Przyjęto wskaźnik z lampką koloru żółtego działający przy napięciu o wartości (130 – 230) V ac. Lampka ta zgodnie z katalogiem producenta wykazuje straty wynoszące PL = 1 W, zatem jej znamionowy prąd IL oraz rezystancja wewnętrzna RL wyniosą odpowiednio:

W celu ograniczenia prądu pojawiającego się w stanie przepalania się lampki należy zastosować ograniczenie jego wartości do poziomu gwarantującego niepobudzanie cewki wzrostowej, przez instalację rezystora Rd = 1000 Ω.

Prąd płynący przez obwód z pominięciem impedancji lampki kontrolnej:

Rozkłady napięć na elementach dzielnika napięciowego utworzonego przez lampkę, rezystor dodatkowy oraz uzwojenie cewki wzrostowej:

Należy zatem przyjąć rezystor o wartości 1 kΩ mocy 0,25 W, który należy zainstalować w kasetce zdalnego uruchomienia PWP, wykonanej w II klasie ochronności o stopniu ochrony przez obudowę nie niższym od IP65.

Spodziewane wartości prądu przepływającego przez uzwojenie cewki wzrostowej w obwodzie kontroli ciągłości przewodów sterujących nie są w stanie jej pobudzić do zadziałania PWP. Dla uruchomienia PWP konieczne jest zwarcie zestyków przycisku uruchamiającego, które powodują zmostkowanie żółtej lampki kontrolnej oraz rezystora dodatkowego Rd, umożliwiając przepływ prądu przez cewkę o wartości pozwalającej na jej pobudzenie.

Przyjęte rozwiązanie gwarantuje bezawaryjne działanie układu PWP z jednoczesną kontrolą ciągłości obwodu sterowania oraz położenia styków aparatu wykonawczego. Zabudowa aparatu wykonawczego w pomieszczeniu rozdzielni elektrycznej, która stanowi osobną strefę pożarową, pozwala na bezpieczne ręczne rozłączenie toru zasilania przez rozwarcie styków aparatu wykonawczego PWP przez ratowników podczas akcji ratowniczo-gaśniczej, w przypadku braku napięcia zasilającego. Jest to rozwiązanie tanie i funkcjonalne, bez pojedynczych punktów awarii, które sprawdza się w praktyce.

Uwagi końcowe

1. Trasy wykopu linii kablowych należy wytyczyć geodezyjnie na gruncie.
2. Na końcach projektowanych elektroenergetycznych linii kablowych zasilania podstawowego oraz zasilania awaryjnego należy pozostawić zapasy o wartości 1% długości (uwzględniono w obliczeniach).
3. Ochrona przeciwporażeniowa w rozdzielni elektrycznej hali, zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2017-09 oraz z normą N SEP-E 001, będzie realizowana przez samoczynne wyłączenie zasilania.
4. Przy przejściu na zasilanie z generatora zespołu prądotwórczego musi nastąpić automatyczne odłączenie baterii kondensatorów statycznych przeznaczonych do kompensacji mocy biernej przy zasilaniu z SEE.
5. Przy stosowaniu innego typu aparatu wykonawczego przy doborze rezystora dodatkowego R_d należy posiadać informacje o impedancji cewki wzrostowej aparatu wykonawczego PWP oraz dane dotyczące mocy znamionowej lampki kontrolnej informujące o stanie połączeń obwodu sterowania cewką wzrostową.
6. Po wykonaniu prac instalacyjnych należy przeprowadzić próby i pomiary pomontażowe zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-6.
7. Z uwagi na instalację zespołu prądotwórczego, który umożliwia zasilanie wszystkich odbiorników instalowanych w projektowanej hali, należy uznać wymagania normy PN-HD 60364-5-56:2010 oraz przywołanej w rozporządzeniu [3] normy PN-IEC 60364-5-56:1999 za spełnione, bez potrzeby instalowania dodatkowych źródeł zasilania.
8. Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12101-10 zespół prądotwórczy powinien zapewnić automatyczne dostarczenie pełnej mocy w ciągu 15 sekund od zaniku podstawowego źródła zasilania, zgodnie z ISO 8528-5:1993. Czas ten z uwagi na parametry jakościowe dostarczanej energii, zgodnie z normą PN-EN 50160:2010, jest zbyt krótki. Zasadne jest przyjęcie zwłoki czasowej wynoszącej 30 sekund do chwili rozpoczęcia procedury rozruchowej. Pozwoli to na uniknięcie niepotrzebnych rozruchów powodowanych krótkimi przerwami w zasilaniu lub zapadami napięcia, których występowanie w SEE jest powszechne.
9. Prezentowane rozwiązanie stanowi zaledwie przykład prostego, taniego i niezawodnego układu PWP, zawierającego elementy składowe zgodne z wyszczególnieniem w pkt 10 załącznika do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 17 listopada 2016 r. w sprawie sposobu deklarowania właściwości użytkowych wyrobów budowlanych oraz sposobu znakowania ich znakiem budowlanym (Dz.U. z 2016 r., poz. 1966 z późniejszymi zmianami), realizowanego jako dopuszczenie jednostkowe, zgodnie z zapisami Ustawy o wyrobach budowlanych (Dz.U. nr 92 z 2004 roku poz. 881 z późn. zmianami).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!