Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego - metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z tych źródeł (cz. 2)
Autor publikacji przedstawia problematykę ochrony przeciwpożarowej w instalacji zasilanej z generatora zespołu prądotwórczego oraz zasady projektowania takiej ochrony przy zasilaniu z UPS Rys. redakcja EI
W temacie publikacji zawarta jest problematyka ochrony przeciwpożarowej w instalacji zasilanej z generatora zespołu prądotwórczego oraz zasady projektowania takiej ochrony przy zasilaniu z UPS
Zobacz także
Impakt SA Nowa rodzina zasilaczy PowerWalker UPS VFI EVS 5 kVA z magazynami energii
Seria PowerWalker VFI EVS to nowa generacja zasilaczy UPS, oferująca długi czas podtrzymania dzięki zastosowaniu baterii LiFePO4 o 40% mniejszej masie i wymiarach w odniesieniu do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych....
Seria PowerWalker VFI EVS to nowa generacja zasilaczy UPS, oferująca długi czas podtrzymania dzięki zastosowaniu baterii LiFePO4 o 40% mniejszej masie i wymiarach w odniesieniu do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych. Zastosowana topologia podwójnej konwersji (VFI-SS-311) gwarantuje najwyższy poziom bezpieczeństwa, a wyspecjalizowane układy utrzymują współczynnik mocy PF na poziomie > 0.99. Oczywiście zależy on od podłączonych urządzeń odbiorczych. Wszelkie informacje o stanie UPS widoczne są na...
mgr inż. Dariusz Zgorzalski, EVER Sp. z o.o. Wybrane aspekty wymagań zasilaczy stosowanych do urządzeń przeciwpożarowych – na przykładzie zasilacza do napędów bram napowietrzających UZS-230V-1kW-1F firmy EVER
W poprzednich częściach dowiodłem, że zasilacze do bram napowietrzających stanowią istotny element systemu wentylacji pożarowej, od strony formalnej muszą posiadać świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB, a...
W poprzednich częściach dowiodłem, że zasilacze do bram napowietrzających stanowią istotny element systemu wentylacji pożarowej, od strony formalnej muszą posiadać świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB, a stosowanie niecertyfikowanych UPSów niesie za sobą ryzyko istotnych konsekwencji. Podkreśliłem, że świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczającym. Kompatybilność funkcjonalna, elektryczna i mechaniczna całego systemu jest podstawą do tego, aby urządzenia działały...
mgr inż. Dariusz Zgorzalski, EVER Sp. z o.o. Wybrane aspekty wymagań zasilaczy stosowanych do urządzeń przeciwpożarowych – na przykładzie zasilacza do napędów bram napowietrzających UZS-230V-1kW-1F firmy EVER
W poprzedniej części przedstawiłem uzasadnienie, że w sytuacji systemów oddymiania, brak zagwarantowania dopływu powietrza powoduje, że system oddymiania jest nieskuteczny, a w sytuacji oddymiania mechanicznego,...
W poprzedniej części przedstawiłem uzasadnienie, że w sytuacji systemów oddymiania, brak zagwarantowania dopływu powietrza powoduje, że system oddymiania jest nieskuteczny, a w sytuacji oddymiania mechanicznego, może doprowadzić do stworzenia poważnego zagrożenia, a nawet do katastrofy budowlanej. Zastosowanie do zasilania napędu bramy UPS-ów bez znaku CNBOP-PIB i Świadectwa Dopuszczenia wydanego przez Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej (CNBOP-PIB) jest poważnym błędem. Stosowanie...
W artykule:• Projektowanie ochrony przeciwporażeniowej w instalacji zasilanej z generatora zespołu prądotwórczego z przywołaniem rysunków poglądowych i metodologii obliczeń• Szkic zasad projektowania ochrony przeciwporażeniowej przy zasilaniu z UPS |
Projektowanie ochrony przeciwporażeniowej w instalacji zasilanej z generatora zespołu prądotwórczego
Zespół prądotwórczy w stosunku do Systemu Elektroenergetycznego jest źródłem „miękkim”, w którym impedancja obwodu zwarciowego ulega szybkim zmianom w czasie zwarcia (przyjmuje się, że system elektroenergetyczny charakteryzuje się stałą impedancją obwodu zwarciowego z uwagi na dużą wartość mocy zwarciowej, w upraszczających założeniach przyjmowaną jako nieskończoną). W chwili wystąpienia zwarcia ulega zmianie rozpływ strumieni magnetycznych w generatorze zespołu prądotwórczego. Rozpływy strumieni w generatorze podczas zwarcia przedstawia rys. 1.
Rys. 1. Przebieg wypychanego poza wirnik strumienia stojana w czasie zwarcia: a) stan podprzejściowy, b) stan przejściowy, c) stan ustalony; [źródło: DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz]
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. 1a). W stanie tym reaktancja generatora charakteryzuje się mała wartością, wynoszącą przeciętnie (10–15)% znamionowej wartości reaktancji generatora w stanie statycznym. Stan ten trwa bardzo krótko ze względu na małą wartość elektromagnetycznej stałej czasowej T, 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 (rys. 1b). Stan ten nazywany jest stanem przejściowym i charakteryzuje się wzrostem 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. 1c).
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 zespołach prądotwórczych konstruowanych obecnie, instalowany jest regulator prądu wzbudzenia wyposażony w układ forsowania, który pozwala podczas zwarcia na utrzymanie określonej wartości reaktancji generatora przez czas nie dłuższy od 10 s, liczony od momentu zainicjowania zwarcia.
Na rys. 2. przedstawiono uproszczone charakterystyki zmienności reaktancji zwarciowej w generatorze nowoczesnego zespołu prądotwórczego oraz zmienności prądu zwarciowego na jego zaciskach.
Rys. 2. Unormowane charakterystyki: a) zmienności reaktancji zwarciowej generatora, b) zmienności prądu zwarciowego generatora, przy zwarciu na jego zaciskach, gdzie: XnG – znamionowa reaktancja generatora (wartość w stanie statycznym), w [Ω], Xk1G – reaktancja generatora dla zwarć jednofazowych, [Ω], InG – prąd znamionowy generatora, w [A], Ik1G – prąd zwarcia jednofazowego dla zwarć na zaciskach generatora, w [A], Tk – czas trwania zwarcia, w [s] [źródło: DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz]
Parametry obwodu zwarciowego ulegają szybkim zmianom, co powoduje trudności w uzyskaniu skutecznej ochrony przeciwporażeniowej w odległej instalacji odbiorczej realizowanej przez samoczynne wyłączenie. Dla porównania zachowania się generatora podczas zwarcia na rys. 3. zostały przedstawiony dwuuzwojeniowy jednofazowy transformator dla stanu pracy jałowej, stanu pracy normalnej oraz stanu zwarcia.
Z rysunku tego wynika, że w przeciwieństwie do generatora transformator charakteryzuje się stałą drogą przepływu strumienia magnetycznego. Stan ten wskazuje na niezmienność parametrów zwarciowych transformatora.
W nowoczesnych zespołach prądotwórczych, producent zapewnia (wskutek działania układów automatyki) utrzymanie prądu zwarciowego na zaciskach generatora o wartości 3×In przez 10 s (dłuższe utrzymywanie takiego stanu grozi zniszczeniem izolacji uzwojeń).
Dzięki temu do obliczeń skuteczności samoczynnego wyłączenia można przyjmować wartość reaktancji zwarciowej generatora Xk1G (na jego zaciskach) wyliczoną ze wzoru:
Wzór 1
Rys. 3. Porównanie drogi strumienia magnetycznego w transformatorze jednofazowym dla różnych stanów pracy; rys. J. Wiatr
gdzie:
UnG– napięcie znamionowe generatora zespołu prądotwórczego, w [kV],
SnG – moc znamionowa generatora zespołu prądotwórczego, w [MVA].
W ogólnym przypadku, przy założeniu:
Wzór 2
można zapisać wzór na reaktancję generatora dla zwarć jednofazowych jako:
Wzór 3
gdzie:
n – krotność prądu znamionowego utrzymywana podczas zwarć na zaciskach generatora, podawana przez producenta ZP w DTR).
Dla porównania tych wartości w tab. 1. zostały przedstawione impedancje wybranych transformatorów przyłączonych do Systemu Elektroenergetycznego oraz generatorów zespołów prądotwórczych.
Tab. 1. Zestawienie impedancji transformatora i generatora o tej samej mocy
Przedstawiona w tab. 1. reaktancja generatorów po 10 sekundach od chwili powstania zwarcia ulega znacznemu zwiększeniu (rys. 2.).
Porównując dane przedstawione w tab. 1. widać, jak duże rozbieżności występują w wartościach impedancji zwarciowych obydwu źródeł.
Przez okres działania układu forsowania wzbudzenia (10 s od chwili zainicjowania zwarcia) stosunek impedancji transformatora do impedancji generatora, zgodnie z tab. 2., wyniesie:
Zk1G/ZkT ≈ 7,33
Tab. 2. Dopuszczalne czasy samoczynnego wyłączenia w układach zasilania TN oraz TT [na podstawie: PN HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.]
Rys. 4. Schemat jednofazowego obwodu zwarcia w instalacji zasilającej z zespołu prądotwórczego [na podstawie: PN HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.]
Po upływie czasu działania układu forsowania wzbudzenia stosunek tych impedancji uzyskuje wartość: ZkG/ZkT ≅ 22, przy której spełnienie warunku samoczynnego wyłączenia jest niemożliwe.
Obwód zwarciowy dla potrzeb ochrony przeciwporażeniowej przedstawia rys. 4.
Projektowanie ochrony przeciwporażeniowej w instalacji zasilanej z generatora zespołu prądotwórczego (ciąg dalszy)
Spośród trzech układów sieci: TT, IT oraz TN (TN-C; TN-C-S i TN‑S), przy zasilaniu obiektów budowlanych najbardziej nadaje się układ TN-S lub TN‑C‑S. Układ IT może być stosowany tylko w ograniczonym zakresie pod warunkiem, że drugie zwarcie przekształci go w układ TN i spełniony zostanie warunek samoczynnego wyłączenia w czasie podanym w tab. 2.
Warunek samoczynnego wyłączenia w sieci TN, należy uznać za spełniony jeżeli:
Wzór 4
Wzór 5
gdzie:
Zs – impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło zasilania, przewód roboczy aż do punktu zwarcia i przewód ochronny między punktem zwarcia a źródłem, w [Ω],
Ia – prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia wyłączającego w czasie określonym przez normę PN‑HD 60364-4-41 [5],
RkG – rezystancja uzwojeń generatora, w [Ω]:
Wzór 6
Xk1G – reaktancja generatora dla zwarć jednofazowych (wg wzoru 1), w [Ω].
Schemat układu zasilania TN z oznaczonym obwodem zwarcia przedstawia rys. 5.
Rys. 5. Schemat układu zasilania TN-C-S z oznaczeniem obwodu zwarcia [źródło: DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz]
W tym przypadku prąd zwarciowy zamyka się w obwodzie wyznaczonym przez żyły przewodzące przewodów, w przeciwieństwie do układu zasilania TT (rys. 6.), gdzie obwód prądów zwarciowych zamyka się przez rezystancje uziemienia RA oraz RB.
Rys. 6. Schemat układu zasilania TT [źródło: DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz]
Duże wartości rezystancji uziemień w układzie zasilania TT powodują znaczne ograniczanie wartości prądów zwarciowych, co skutkuje trudnościami w spełnieniu warunku samoczynnego wyłączenia dla zabezpieczeń o prądzie znamionowym większym od 16 A.
Przy zasilaniu z zespołu prądotwórczego uzyskanie skutecznej ochrony przeciwporażeniowej przy zastosowaniu tylko urządzeń przetężeniowych może być nieskuteczne. Konieczne zatem wydaje się zastosowanie urządzeń różnicowoprądowych w instalacji odbiorczej.
Do instalacji zasilającej gniazda przeznaczone do zasilania odbiorników ręcznych należy stosować wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym nie większym od 30 mA.
W układzie TT w zależności od przyjętego aparatu zabezpieczającego obowiązują następujące warunki samoczynnego wyłączenia:
a) zabezpieczenie nadprądowe:
Wzór 7
b) zabezpieczenie wyłącznikiem różnicowoprądowym (IDn – znamionowy prąd różnicowy wyłącznika różnicowoprądowego; UL – dopuszczalne długotrwale napięcie dotykowe):
Wzór 8
W przypadku układu zasilania IT, którego schemat przedstawia rys. 7., obowiązują nieco odmienne wymagania, gdyż pojedyncze zwarcie jest niegroźne i powinno być zasygnalizowane przez UKSI (pominięty na rys. 7.) w celu podjęcia natychmiastowych działań mających na celu niedopuszczenie do drugiego zwarcia.
Rys. 7. Układ zasilania IT: a) pojedyncze zwarcie, b) podwójne zwarcie [źródło: DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz]
Pojawiające się drugie zwarcie przekształca układ zasilania w zależności od sposobu uziemienia w układ zasilania TN lub TT.
W rozpatrywanym przypadku najkorzystniejszym jest przejście układu IT, przy drugim zwarciu w układ TN. Wymaga to zbiorowego uziemienia wszystkich odbiorników zasilanych ze wspólnego źródła i oceny czasu samoczynnego wyłączenia właściwego dla układu zasilania TN.
Sposoby uziemiania odbiorników przy zasilaniu w układzie IT przedstawia rys. 8.
Rys. 8. Sposoby uziemiania odbiorników w układzie zasilania IT [źródło: DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz]
Wymagania w zakresie samoczynnego wyłączenia przy podwójnym zwarciu zgodnie z normą [5] przedstawiają poniższe wzory:
a) układ zasilania z przewodem neutralnym:
Wzór 9
b) układ zasilania bez przewodu neutralnego:
Wzór 10
gdzie:
Zs; Zs’ – impedancja obwodu zwarciowego dla zwarć podwójnych, w [Ω],
U0 – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem ochronnym, w [V],
Un – napięcie międzyfazowe, w [V],
Ia – prąd wyłączający zabezpieczenie w czasie dopuszczonym przez normę PN-HD 60364-4-41 [5].
Rys. 9. Wymagania dotyczące uziemienia zespołu prądotwórczego zgodnie z normą N SEP-E001 [źródło: N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.]
Rezystancja uziemienia punktu neutralnego generatora stacjonarnego zespołu prądotwórczego pracującego w układzie zasilania awaryjnego nie może być wyższa niż 5 W. Wymagania w tym zakresie precyzuje norma N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne nn. Ochrona przeciwporażeniowa [6], a ich ilustrację graficzną przedstawia rys. 9. (zgodnie z niemiecką normą DIN VDE 0100-5-55 [11] w warunkach polowych wymagana wartość uziemienia punktu neutralnego generatora nie może być większa od 50 Ω).
Wymagania określone w normie N SEP-E 001 [6], wynikają bezpośrednio z rys. 9.
W celu niedopuszczenia do pojawienia się napięcia niebezpiecznego dla zasilanych odbiorników w fazach nieobjętych zwarciem, rezystancja punktu neutralnego generatora nie może przekraczać 5 W. Wartość ta wynika z następującego rozumowania:
Wzór 11
Przy nieprzekroczeniu wartości 50 V wektora napięcia punktu neutralnego w fazach nieuszkodzonych pojawi się napięcie o wartości nie większej od 260 V, co zabezpiecza zasilane odbiorniki przed uszkodzeniem:
Wzór 12
Wartość 5 Ω była właściwa do momentu obowiązywania napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale o wartości 65 V oraz wartości RE = 12 Ω.
W 1991 roku nastąpiła zmiana wymagań w tym zakresie, która wprowadziła UL = 50 V oraz RE = 10 Ω. W jej wyniku właściwa wartość RB = 2,8 Ω.
Norma w tym przypadku złagodziła ten wymóg, żądając, by wypadkowa rezystancja uziemienia wszystkich uziomów w zakresie wspólnego źródła nie przekraczała wartości 5 Ω.
W przypadku rezystywności gruntu ρ ≥ 500 W×m, warunek uziemienia jest określony następującym wzorem [6]:
Wzór 13
W przypadku przyłączenia zespołu prądotwórczego poprzez transformator nn/SN, jak zostało przedstawione na rys. 10., co występuje przy dużych odległościach od zasilanych odbiorników, wartości prądów zwarciowych będą uzależnione od zmian impedancji generatora i należy je uwzględnić w obliczeniach.
Rys. 10. Obwód zwarcia przy doziemieniu przewodu fazowego z pominięciem przewodu PEN: a) obwód zwarciowy, b) wykres wskazowy napięć; rys. J. Wiatr
Jednokreskowy schemat obwodu zwarciowego w takim przypadku przedstawia rys. 11.
Natomiast impedancję obwodu zwarciowego należy określić za pomocą następującego wzoru:
Wzór 14
Należy pamiętać, że zmiany impedancji generatora podczas zwarć są śledzone nadążnie w zasilanym odbiorniku.
Rys. 11. Układ zasilania odbiorników nn, znajdujących się w znacznej odległości od ZP; rys. J. Wiatr
Ograniczenie impedancji źródła do niezmiennej wartości dolnych uzwojeń transformatora SN/nn przyjmowanej przy zasilaniu z Systemu Elektroenergetycznego prowadzi do błędów.
W tab. 2. podane zostały dopuszczalne czasy samoczynnego wyłączenia dla układu zasilania TN oraz układu zasilania TT, zgodne z wymaganiami normy [5].
W przypadku gdy spełnienie warunku samoczynnego wyłączenia w instalacji zasilanej z zespołu prądotwórczego jest niemożliwe, należy przeprowadzić ocenę skuteczności ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu (przed dotykiem pośrednim) przez sprawdzenie, czy w czasie zwarcia doziemnego przy przepływie prądu zwarciowego równego wartości prądu Ia wyłączającego zabezpieczenie w czasie dopuszczonym przez normę [5], na częściach przewodzących dostępnych wystąpi napięcie dotykowe UST o wartości nieprzekraczającej wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale UL w danych warunkach środowiskowych (UST ≤ UL).
Rys. 12. Jednokreskowy schemat obwodu zwarciowego dla układu zasilania awaryjnego z przyłączonym zespołem prądotwórczym do linii SN; rys. J. Wiatr
Obwód zwarciowy w takim przypadku przedstawia rys. 12., na którym widoczny jest przewód ochronny PE łączący chronione urządzenie z Główną Szyną Uziemiającą (GSU) budynku.
W takim przypadku, zgodnie z wymaganiami określonymi w PN-HD 60364-4-41 [5] uważa się, że ochrona jest skuteczna, jeżeli napięcie dotykowe UST jest mniejsze od napięcia dotykowego UL dopuszczalnego długotrwale w danych warunkach środowiskowych. Przy upraszczającym założeniu (ZPE ≅ RPE) oraz przyjęciu Ik = Ia, można zapisać następujący warunek:
Wzór 15
gdzie:
Ia – prąd wyłączający urządzenia zabezpieczającego (w obwodzie zasilania zespołu prądotwórczego lub urządzenia odbiorczego) w czasie określonym w normie PN-HD 60364-4-41 [5], w [A],
RPE – wartość rezystancji przewodu połączenia wyrównawczego miejscowego PE pomiędzy częściami przewodzącymi dostępnymi jednocześnie, w [Ω],
UL – dopuszczalna długotrwale w danych warunkach środowiskowych wartość napięcia dotykowego, w [V],
l – długość przewodu ochronnego łączącego chronione urządzenie z GSU, w [m],
γ – konduktywność żyły przewodzącej, w [m/(Ω×mm2)].
Przekształcenia wzoru (15) pozwalają uzyskać wzór na wymagany przekrój przewodu ochronnego PE, łączącego chronione urządzenie z GSU:
w którym przepływający prąd zwarcia jednofazowego Ik1 spowoduje:
- przy Ik1 ≥ Ia, samoczynne wyłączenie zasilania chronionego odbiornika,
- przy Ik1 < Ia, pojawienie się napięcia dotykowego spełniającego warunek: UST ≤ UL.
Przyjęcie takiego sposobu rozwiązania ochrony przeciwporażeniowej gwarantuje jej zachowanie przy dowolnej wartości spodziewanego prądu zwarciowego.
Zasady projektowania ochrony przeciwporażeniowej przy zasilaniu z UPS
W zasilaczu UPS przy zwarciu na jego wyjściu automatyka przekształtnika powoduje ograniczenie prądu zwarciowego do wartości 2,5 In.
Rys. 13. Napięcie dotykowe na obudowie uszkodzonego odbiornika przy zwarciu jednofazowym z ziemią, gdzie: Ik – prąd zwarciowy, RkG – rezystancja uzwojenia generatora, Xk1G – reaktancja generatora przyjmowana do obliczania zwarć jednofazowych, Rp – rezystancja przewodów zasilających odbiornik, Xp – reaktancja przewodów zasilających odbiornik, RPE – rezystancja przewodu ochronnego, XPE – reaktancja przewodu ochronnego, F – zabezpieczenie, GSU – główna szyna uziemiająca, RB – rezystancja uziemienia generatora zespołu prądotwórczego [źródło: N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru]
Ograniczenie prądu zwarciowego do takiej wartości jest podyktowane koniecznością ochrony elementów aktywnych przekształtnika. Może jednak to skutkować niemożliwością samoczynnego wyłączenia w czasie wymaganym przez normę PN-HD 60364-4-41:2009 [5].
Należy jednak pamiętać, ze w tym przypadku zwarcie jednofazowe jest cyklicznie zasilane przez wszystkie trzy fazy wskutek działania automatyki przekształtnika. W takim przypadku zasadnym jest zabezpieczenie obwodów odbiorczych wyłącznikami różnicowoprądowymi o znamionowym prądzie różnicowym nie większym od 30 mA lub połączeniu chronionego odbiornika z GSU budynku przewodem PE o przekroju dobranym zgodnie ze wzorem (16).
W konsekwencji należy rozpatrywać dwa przypadki:
- praca w warunkach normalnych, gdzie obowiązują opisane ograniczenia,
- praca na byypasie, gdzie konieczna jest ocena samoczynnego wyłączenia na ogólnych zasadach (rys. 13.).
Literatura
- Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2015 roku poz.1422)
- Rozporządzeniu Ministra Łączności z 21 kwietnia 1995 roku w sprawie zasilania energią elektryczną obiektów budowlanych łączności (Dz. U. Nr 50/1995 poz. 271)
- Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 roku w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. U. Nr 93/2007 poz. 623)
- PN – ISO 8528-5 Zespoły prądotwórcze napędzane silnikiem spalinowym tłokowym. Zespoły prądotwórcze.
- PN HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
- N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
- PN-EN 50160:2010 Parametry jakościowe napięcia w publicznych sieciach rozdzielczych.
- N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.
- DIN 14686:2010-05 Feuerwehrwesen-Schaltschränke für fest eingebaute Stromerzeuger (Generatorsätze) ≥ 12 kVA für den Einsatz Feuerwehrfahrzugen
- DIN 14686:2007-02 Feuerwehrwesen-Fest eingebaute Stromerzeugerkleiner 12 kVA für den Einsatz Feurewehrfahrzugen.
- DIN VDE 0100 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Andere Betriebsmittel - Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen - Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz.
- J. Wiatr; M. Orzechowski – Poradnik projektanta elektryka – DW Medium 2012 wydanie V
- J. Wiatr – Zespoły prądotwórcze w układach zasilania awaryjnego – DW Medium 2008
- R. Kacejko; J. Machowski – Zwarcia w systemach elektroenergetycznych – WNT 2001
- praca zbiorowa pod redakcją J. Wiatr – Poradnik Projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego – EATON POWER QUALITY 2008
- J. Wiatr; M. Miegoń – Zasilacze UPS i baterie akumulatorów w układach zasilania gwarantowanego – DW Medium 2008
- T1. Sutkowski – Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną. Urządzenia i układy – COS i W SEP 2007
- L. Danielski; R. Zacirka – Badanie ochrony przeciwporażeniowej w obiektach z przemiennikami częstotliwości – elektro.info nr 12/200519. E. Musiał – Ochrona przeciwporażeniowa w instalacjach zasilanych z zespołów prądotwórczych – inpe nr 170-171 listopad-grudzień 2013 r.
