3 Nr 160 Prof. dr hab. inż. Henryk MARKIEWICZ Instytut

Instalacje elektryczne
Prof. dr hab. inż. Henryk MARKIEWICZ
Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej
KRYTERIA WYMIAROWANIA INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH
1. Wstęp
Instalacje elektryczne, tak jak każdy obiekt inżynierski, powinny być zaprojektowane i zrealizowane zgodnie z wymogami właściwych przepisów i norm oraz stanem
wiedzy technicznej, w sposób zapewniający wieloletnią i bezpieczną ich eksploatację.
Prawo budowlane wymaga, aby każdy obiekt budowlany, w tym budynki wraz
z różnorodnymi instalacjami i urządzeniami były zaprojektowane, zbudowane i utrzymane zgodnie z odpowiednimi:
·
przepisami techniczno-budowlanymi,
·
polskimi normami,
·
zasadami wiedzy technicznej, zapewniającymi między innymi:
bezpieczeństwo ludzi i mienia,
warunki użytkowe zgodne z przeznaczeniem obiektu,
racjonalne wykorzystanie energii,
warunki zdrowotne,
ochronę środowiska.
Spośród wielu przepisów techniczno-budowlanych oraz różnorodnych norm najbardziej istotnymi aktualnie aktami dotyczącymi instalacji elektrycznych w budynkach o różnorodnym przeznaczeniu są:
·
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 IV 2002 r. wraz z późniejszymi
uzupełnieniami w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie,
·
wieloarkuszowa norma PN-EN 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych,
·
norma N-SEP-E-002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych. Podstawy planowania.
W „Warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” w części dotyczącej instalacji elektrycznej podaje się m.in. następujące wymagania:
§ 183. 1. W instalacjach elektrycznych należy stosować:
·
złącza instalacji elektrycznej budynku, umożliwiające odłączenie od sieci zasilającej i usytuowane w miejscu dostępnym dla dozoru i obsługi oraz zabezpieczone przed uszkodzeniami, wpływami atmosferycznymi, a także ingerencją
osób niepowołanych,
·
oddzielny przewód ochronny i neutralny, w obwodach rozdzielczych i odbiorczych,
·
urządzenia ochronne różnicowoprądowe lub odpowiednie do rodzaju i przeznaczenia budynku bądź jego części, inne środki ochrony przeciwporażeniowej,
Nr 160
3
Instalacje elektryczne
·
wyłączniki nadprądowe w obwodach odbiorczych,
·
zasadę selektywności (wybiórczości) zabezpieczeń,
·
przeciwpożarowe wyłączniki prądu,
·
połączenia wyrównawcze główne i miejscowe, łączące przewody ochronne
z częściami przewodzącymi innych instalacji i konstrukcji budynku,
·
zasadę prowadzenia tras przewodów elektrycznych w liniach prostych, równoległych do krawędzi ścian i stropów,
·
przewody elektryczne z żyłami wykonanymi wyłącznie z miedzi, jeżeli ich
przekrój nie przekracza 10 mm2,
·
urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej.
Instalacje elektryczne w budynkach wybudowanych do roku 1990 zostały zrealizowane przy następujących ustaleniach wynikających z wymogów ustalonych w Przepisach Budowy Urządzeń Elektrycznych:
·
moc zapotrzebowana przyjmowana na jedno mieszkanie wieloizbowe wynosiła:
500 W na izbę, lecz nie mniej niż 2 kW na mieszkanie w budynkach
wzniesionych przed rokiem 1977, *)
1 kW na izbę, lecz nie mniej niż 4 kW na mieszkanie w budynkach
wzniesionych w roku 1977 i później. *)
·
powszechne stosowanie przewodów o żyłach aluminiowych,
·
niewielkie przekroje przewodów, wynoszące na ogół:
1,5 mm2 w obwodach oświetleniowych, a w niektórych mieszkaniach
również w obwodach gniazd wtyczkowych,
2,5 mm2 w obwodach gniazd wtyczkowych, w mieszkaniu projektowano
tylko jeden taki obwód,
w budynkach 11-kondygnacyjnych WLZ wykonane często przewodami
3×ADY10 + ADY6; po roku 1977 zwiększono przekroje WLZ, stosując
przewody 4×ALY16 lub nawet w sporadycznych przypadkach 4×ALY25,
w budynkach 5-kondygnacyjnych WLZ wykonane jest najczęściej przewodami 4×ADY10 lub 3×ADY10 + ADY6, rzadziej przewodami 4×DY6.
Instalacje elektryczne wykonane zgodnie z podanymi tu ustaleniami z trudem
wykonywały swoje zadania już w chwili ich realizacji, pomimo bardzo skromnego
wyposażenia ówczesnych mieszkań w urządzenia i sprzęt elektryczny. Obecnie suma
mocy znamionowych urządzeń elektrycznych w wielu mieszkaniach wynosi 30 i więcej kilowatów. Praktycznie nigdy nie są one wszystkie jednocześnie włączone, a mimo
to często dochodzi do przeciążeń i działania zabezpieczeń przeciążeniowych. Zaradni
użytkownicy wymieniają wtedy wkładki bezpiecznikowe na większe lub je „watują”.
Skutkuje to tym, że instalacje takie nie mają żadnych zabezpieczeń przeciążeniowych
i przez to może dochodzić do ich przeciążeń, co powoduje z kolei szybkie zużywanie
się instalacji, a niekiedy i pożary. Stan techniczny instalacji elektrycznych w większości budynków wybudowanych do roku 1990 jest z reguły niezadowalający i instalacje te powinny być stopniowo modernizowane.
*)
4
w budynkach zgazyfikowanych
Instalacje elektryczne
2. Jakość energii elektrycznej i pewność zasilania
Jakość energii elektrycznej to zbiór warunków, które umożliwiają funkcjonowanie urządzeń i systemów elektrycznych zgodnie z przeznaczeniem bez widocznej
utraty cech funkcjonalnych i trwałości. Jakość energii elektrycznej jest charakteryzowana wieloma parametrami, takimi jak: wartość napięcia znamionowego, zmianami
i szybkimi zmianami napięcia, zapadami napięcia, zawartością wyższych harmonicznych w napięciu, niesymetrią napięcia, przepięciami o częstotliwości bliskiej przemysłowej i udarowymi, krótkimi i długimi przerwami zasilania. Dopuszczalne odstępstwa
od wartości znamionowych napięcia w odniesieniu do przeciętnych odbiorców określa
norma PN-EN 50160.
do w artości
napię ci a
pr z ew odow ego
RMS
<1%
do kilku
sekund
< 3 min
URMS > 1% i < 90 %
Plt <= 1
przez 95% tygodnia
< ± 5 %, a kilka razy
w ciągu dnia < ± 10 %
< ± 10 %
przez 95% tygodnia
Napięcie zasilające URMS
U
>3m
od 1 m
s do
kilku sekund
do 6 kV
+10%
100%
-10%
in
1,1 U
U
Przepięcia przejściowe
Przepięcia dorywcze
o częstotliwości sieciowej
Długa przerwa
w zasilaniu
Krótka przerwa
w zasilaniu
Zapad napięcia
Migotanie światła
Szybkie zmiany
napięcia
zakres dopuszczalnych zmian napięcia
zasilającego, 95% spośród 10-minutowych
próbek tygodniowego pomiaru
U
0,9 U
Zmiany napięcia
zasilającego
Napięcie znamionowe
(deklarowane)
1%
A
A
A
U
n
t
zapad
napięci
a,
D
t > 10 m s
krótka
przerw
a
w zas il aniu
D
t < 3 m in
Rys. 1. Graficzna ilustracja parametrów napięcia zasilającego
Nr 160
5
Instalacje elektryczne
2.1. Potrzeba rezerwowego zasilania i klasyfikacja odbiorców z punktu widzenia niezawodności zasilania
Rezerwowe zasilanie odbiorców nabiera coraz większego znaczenia w eksploatacji urządzeń i instalacji elektrycznych, co jest spowodowane głównie przez:
a) wymóg ciągłości zasilania wielu urządzeń elektrycznych, warunkujący bezpieczeństwo ludzi oraz poprawną pracę urządzeń i poprawny przebieg procesu
technologicznego,
b) wysokie koszty przerw produkcyjnych.
Właściwa ocena potrzeb w zakresie rezerwowego zasilania wymaga rozpoznania
potrzeb w tym zakresie, co jest związane z odpowiednią klasyfikacją odbiorców.
W literaturze można wyróżnić dwie odrębne grupy odbiorców z punktu widzenia
niezawodności zasilania:
·
odbiorcy przemysłowi,
·
odbiorcy komunalni, czyli zasilani z publicznych sieci rozdzielczych, zwykle
na napięciu nie wyższym od 1 kV.
Odbiorcy zasilani z publicznych sieci rozdzielczych, nazywani powszechnie odbiorcami komunalnymi, to oprócz budynków mieszkalnych większość budynków
i obiektów użyteczności publicznej, takich jak szpitale, banki, urzędy administracji
państwowej i samorządowej, kina, teatry, obiekty sakralne, stadiony sportowe, dworce
kolejowe i lotnicze, obiekty handlowe. W dotychczasowej literaturze krajowej w zasadzie brak było jednoznacznej klasyfikacji tej grupy odbiorców w zależności od wymaganej pewności zasilania. W tabeli 1 zamieszczono taki podział, ustalony częściowo
w oparciu o dane podawane w literaturze europejskiej.
Tabela 1. Podział odbiorców ze względu na niezawodność zasilania
Kategorie odbiorców energii elektrycznej
w zależności od stopnia niezawodności zasilania
Kategoria
6
Wymagania
dotyczące
niezawodności
Możliwe
rozwiązanie
Przykładowi
odbiorcy
I – podstawowa Dopuszczalne stosunkowo Zasilanie pojedynczą linią Domy jednorodzinne na tedługie przerwy w zasilaniu, promieniową z sieci elekrzędu wielu minut.
troenergetycznej.
Brak wymogu zasilania rezerwowego.
renach wiejskich i w rzadkiej zabudowie miejskiej,
nieduże bloki mieszkalne.
II – średnia
Przerwy w zasilaniu nie powinny przekraczać kilku
dziesiątek sekund.
Agregat prądotwórczy.
Oświetlenie awaryjne.
Wysokie budynki
mieszkalne.
III – wysoka
Przerwy w zasilaniu nie powinny przekraczać 1 sekundy.
Dwie niezależne linie zasilające z systemu elektroenergetycznego i system zasilania rezerwowego z pełną
automatyką sterowania zasilania rezerwowego.
Duże hotele, szpitale, stacje
radiowe i telewizyjne, dworce kolejowe i porty lotnicze.
IV – najwyższa
Zasilanie bezprzerwowe.
Niedopuszczalna jest przerwa w zasilaniu wybranych
urządzeń.
Zasilanie bezprzerwowe ze
źródła rezerwowego.
Agregat prądotwórczy przystosowany do długotrwałego zasilania.
Wybrane odbiory w obiektach wymienionych w kategorii III, np. sale operacyjne
szpitali, systemy komputerowe banków, giełdy.
Instalacje elektryczne
2.2. Metody i środki poprawy niezawodności zasilania
Do istotnych parametrów urządzeń zasilania rezerwowego zalicza się:
·
moc źródła i maksymalny czas, w jakim jest ono zdolne dostarczać energię,
·
czas przełączenia, czyli czas upływający od chwili zaniku napięcia na źródle
zasilania podstawowego do chwili zasilenia odbiorów ze źródła rezerwowego,
·
sprawność,
Do powszechnie spotykanych źródeł konwencjonalnych zalicza się (tablica 3):
a) rezerwową linię zasilającą,
b) agregaty prądotwórcze,
c) układy bezprzerwowego zasilania (UPS ),
d) baterie akumulatorów.
Tabela 2. Najczęściej stosowane źródła zasilania rezerwowego i ich podstawowe właściwości
Rodzaj metody/urządzenia
Zasób mocy
Czas przełączenia
Koszt instalacji
rezerwowa, niezależna
linia zasilająca z sieci
elektroenergetycznej
nieograniczony
od pojedynczych milisekund
do kilkunastu sekund
bardzo wysoki
agregat prądotwórczy
praktycznie
nieograniczony
od bezprzerwowego
do kilku minut
średni do wysokiego
baterie akumulatorów
średni, zwykle 3-6 h
od bezprzerwowego
do pojedynczych sekund
niski
układy zasiania
bezprzerwowego (UPS)
średni, zwykle 3-6 h
od bezprzerwowego
do ułamków sekund
średni do wysokiego
Przełączenie zasilania z linii podstawowej na rezerwową wymaga krótkiego
czasu, zwykle rzędu pojedynczych sekund, niezbędnego na dokonanie czynności
łączeniowych. Tam, gdzie taka przerwa w zasilaniu nie jest dopuszczalna, przełączenie realizowane jest przez specjalne elektroniczne układy przełączające STS, które
umożliwiają niemal bezprzerwowe przełączenie zasilania na linię rezerwową.
Tabela 3. Porównanie podstawowych właściwości urządzeń rezerwowego zasilania
Rodzaj metody/urządzenia
Zasób mocy
Czas przełączenia
Koszt instalacji
rezerwowa, niezależna
linia zasilająca z sieci
elektroenergetycznej
nieograniczony
od pojedynczych milisekund
do kilkunastu sekund
bardzo wysoki
agregat prądotwórczy
praktycznie
nieograniczony
od bezprzerwowego
do kilku minut
średni do wysokiego
baterie akumulatorów
średni
od bezprzerwowego
do pojedynczych sekund
niski
układy zasiania
bezprzerwowego (UPS)
średni
od bezprzerwowego
do ułamków sekund
średni do wysokiego
Agregaty prądotwórcze mogą posiadać różne rozwiązania, oznaczone w artykule
umownie jako grupa I i grupa II.
Nr 160
7
Instalacje elektryczne
Grupa I to agregaty, których uruchomienie następuje w chwili wystąpienia awarii
(rys. 2a, b). Czas przełączenia ma w tym rozwiązaniu znaczne wartości i jest równy
czasowi upływającemu od chwili wystąpienia przerwy w zasilaniu do chwili osiągnięcia przez generator pełnej gotowości do obciążenia. W najprostszym rozwiązaniu
agregaty są załączane ręcznie.
Grupa II to agregaty o znacznie krótszych czasach przełączania: od ok. 2 s (rys.
2c) do przełączenia bezprzerwowego (rys. 2d). Układy te są wyposażone w koła
zamachowe o znacznej masie, połączone z jednej strony na stałe z wirnikiem generatora, a z drugiej strony ze sprzęgłem elektromagnetycznym oddzielającym je od silnika. W normalnych warunkach zasilania generator i koło zamachowe są stale napędzane.
a)
b)
Zasilanie podstawowe z sieci
elektroenergetycznej
Zasilanie podstawowe
z sieci elektroenergetycznej
4
1
3
2
odbiory
odbiory
c)
Zasilanie podstawowe
z sieci elektroenergetycznej
d)
5
Zasilanie podstawowe
z sieci elektroenergetycznej
5
6
odbiory
6
odbiory
Rys. 2. Graficzna ilustracja różnych rozwiązań agregatów prądotwórczych;
1 – silnik spalinowy z rozrusznikiem, 2 – sprzęgło, 3 – generator, 4 – rozdzielnica,
5 – koło zamachowe, 6 – silnik elektryczny do napędu generatora i koła zamachowego
8
Instalacje elektryczne
2.3. Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
Układy UPS są obecnie powszechnie stosowane jako źródła zasilania rezerwowego przede wszystkim tam, gdzie czas przełączania powinien być bardzo krótki bądź
zerowy. Statyczne układy UPS są obecnie produkowane w szerokim zakresie mocy
znamionowych od 200 VA do 50 kVA (układy jednofazowe) i od 10 kVA do około
4000 kVA (układy trójfazowe). Chociaż podstawowym zadaniem UPS jest rezerwowe zasilanie, niektóre z tych układów są również stosowane do lokalnej poprawy
jakości energii elektrycznej. Sprawność układów UPS jest bardzo wysoka i zawiera
się w zakresie od ok. 91% do ok. 97%.
Podstawowa klasyfikacja układów UPS rozróżnia trzy klasy :
a) układy VFD (output Voltage and Frequency Dependent from mains supply),
w których zarówno napięcie wyjściowe, jak i częstotliwość są zależne od
napięcia zasilającego,
b) układy VI (output Voltage Independent), w których wartość napięcia wyjściowego jest zależna od parametrów napięcia zasilającego,
c) układy VFI (output Voltage and Frequency Independent), w których wartość
i częstotliwość napięcia wyjściowego są niezależne od parametrów napięcia
zasilającego.
Tabela 4. Podstawowe właściwości znormalizowanych klas układów UPS
Klasyfikacja
wg EN 50091-3
VFD
VI
VFI
Układy UPS
z bierną rezerwą
Układy UPS do pracy
w układzie sieci
o działaniu zwrotnym
Układy UPS
z podwójnym
przetwarzaniem
niski
średni
wysoki
Regulacja napięcia
brak
ograniczona
tak
Regulacja częstotliwości
brak
brak
tak
krótki
zero
zero
Koszt
Czas przełączenia
Sieć
S
2
Odbiory
1
3
B
Rys. 3. Schemat blokowy ilustrują-cy budowę i zasadę działania układu UPS z bierną rezerwą
(VFD);
S – łącznik, B – bateria akumulatorów,
1 – tryb pracy w normalnych warunkach zasilania,
2 – ładowanie baterii akumulatorów w normalnych warunkach pracy,
3 – tryb zasilania rezerwowego
Nr 160
9
Instalacje elektryczne
P oł ączenie obej ściow e
)b y- p a s s )
Sieć
zasilająca
Tr
2
1
P
3
2
3
B
Odbiory
Rys. 4. Schemat ideowy układu UPS pracującego w układzie sieci
o działaniu zwrotnym (VI);
TR – transformator, P – falownik/prostownik, B – bateria akumulatorów; 1 – droga zasilania odbiorów z sieci w normalnych warunkach zasilania, 2 – droga ładowania baterii akumulatorów, 3 – droga zasilania rezerwowego oraz interaktywnej poprawy wartości
napięcia sieci w warunkach pracy normalnej
Ogólna topologia UPS z podwójnym przetwarzaniem jest przedstawiona na rys. 4.
Podwójna konwersja polega na zamianie prądu pobieranego z sieci zasilającej na prąd
stały, po czym przekształcenie go ponownie na prąd przemienny i zasilenie odbiornika. Zaletami układów z podwójnym przetwarzaniem są: separacja odbiorów od sieci
zasilającej, dogodna możliwość regulacji napięcia, możliwość regulacji częstotliwości (o ile to pożądane) oraz zerowy czas przełączenia.
Sieć
S
F
B
Rys. 5. Podstawowa struktura układu UPS z podwójnym przetwarzaniem
10
Odbiory
Połączenie obejściowe (by-pass)
Instalacje elektryczne
B
R
U
B
U
R
U k ła d k o n tr o li
n a p ię ć
w e j ś c io w y ch
RCB
P r z e k a ź n ik
sam o czynneg o
z a łą c z e n ia
re z e rw y (S Z R )
BCB
EGS
S2
S1
O d b io r y
k a te g o r ii I
BCB
RCB
EGS
U
U
1
0
1
0
1
0
1
B 0
1
R 0
O d b io r y
k a t e g o r ii II
t4
t1
t2
t3
tG1
tG2
t
Rys. 6. Schemat blokowy układu samoczynnego załączenia rezerwowego zasilania niskiego
napięcia z niezależnej linii zasilającej wraz z diagramem czasowym jego działania; B – źródło
zasilania podstawowego, R – źródło zasilania rezerwowego, BCB, RCB – wyłączniki, odpowiednio podstawowego i rezerwowego źródła zasilania, S1, S2 – łączniki załączające odpowiednio odbiory o wyższej i niższej kategorii zasilania, EGS – agregat prądotwórczy, UB, UR
– zmierzone wartości napięć, odpowiednio źródła podstawowego i rezerwowego; diagram ilustruje cykl pracy w sytuacji wyłączenia zasilania podstawowego i w chwili powrotu tego zasilania
3. Kryteria doboru przewodów i ich zabezpieczeń przetężeniowych
O doborze i wymiarowaniu przewodów decydują:
·
Warunki związane głównie ze środowiskiem wyznaczają one wymagany typ
przewodu lub kabla i sposób ochrony przed szkodliwymi oddziaływaniami środowiska, warunki techniczne zaś ustalają napięcie znamionowe i przekroje
przewodów.
·
Kolejność postępowania przy wyznaczaniu przekrojów przewodów jest zazwyczaj następująca:
wyznacza się przekrój ze względu na obciążalność prądową długotrwałą,
sprawdza się, czy dobrany przekrój jest wystarczający ze względów mechanicznych,
sprawdza się, czy spadki napięcia nie będą większe niż wartości graniczne
dopuszczalne,
Nr 160
11
Instalacje elektryczne
sprawdza się, czy dobrane przekroje przewodów są wystarczające ze względu na cieplne działanie prądów przeciążeniowych.
Warunkiem niezbędnym, chociaż nie w każdych warunkach wystarczającym,
jest, aby obciążalność prądowa długotrwała przewodów była nie mniejsza od prądu obciążenia:
Iz ≥ IB
(1)
Tabela 5. Obciążalność prądowa długotrwała IZ przewodów o izolacji PVC ułożonych w różny
sposób według normy niemieckiej DIN VDE 0298-4 oraz zalecane (największe) prądy
znamionowe bezpieczników INF jako zabezpieczeń przetężeniowych; obliczeniowa temperatura
otoczenia υ0 = 25 °C
12
Instalacje elektryczne
Rys 7. Wartości obliczeniowych mocy szczytowych i prądy znamionowe wkładek bezpiecznikowych INF wewnętrznych linii zasilających budynków o liczbie mieszkań n bez ogrzewania elektrycznego.
krzywa A – dla mieszkań nie posiadających zaopatrzenia w ciepłą wodę z zewnętrznej,
centralnej sieci grzewczej,
krzywa B – dla mieszkań posiadających zaopatrzenie w ciepłą wodę z zewnętrznej, centralnej
sieci grzewczej,
krzywa C – dla mieszkań o obniżonym standardzie.
*) – zalecany minimalny prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej zabezpieczenia przedlicznikowego i wewnętrznej linii zasilającej, ze względu na selektywność działania zabezpieczeń nadprądowych
Prąd obciążenia z uwzględnieniem wyższych harmonicznych można obliczyć
przy pomocy współczynników korekcyjnych.
Jeżeli prądy trzeciej harmonicznej I3f = (0,15-0,33)·IB, to należy skorygować wartość prądu obciążenia przez wprowadzenie współczynnika k3f = 0,86
IBk = IB / k3f = 1,16IB
(2)
i na tę wartość prądu należy dobrać przewody (Iz > IBk).
Przy udziale trzeciej harmonicznej prądu I3f zakresie (0,33-0,45)·IB, dobór przewodów dokonuje się na podstawie wartości prądu w przewodzie neutralnym IN = 3·I3f,
a skorygowane obciążenie
IBk = IN / k3f = IN / 0,86.
(3)
Jeżeli natomiast wartość trzeciej harmonicznej prądu I3f > 0,45·IB, to prąd
w przewodzie N wynosi IN = 3I3f i dla tej wartości prądu należy wyznaczyć wymaganą
obciążalność przewodów (Iz > IN).
Ochronę przetężeniową przewodów wykonuje się przez zastosowanie bezpieczników lub łączników z odpowiednimi wyzwalaczami lub przekaźnikami. Ochronę
przetężeniową uważa się za skuteczną, jeżeli są spełnione warunki:
IB ≤ IN ≤ Iz
(4)
I2 ≤ 1,45Iz
Nr 160
13
Instalacje elektryczne
w których:
IB – prąd obliczeniowy lub prąd znamionowy odbiornika, jeżeli z danego obwodu
jest zasilany tylko jeden odbiornik,
IN – prąd znamionowy lub prąd nastawienia urządzenia zabezpieczającego,
I2 – prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego. Jako prąd zadziałania bezpieczników można przyjmować wartości prądów probierczych górnych If.
Rys. 8. Relacja między różnymi prądami w obwodach zabezpieczonych przed skutkami przeciążeń. S – przekrój przewodów, F – bezpiecznik, PT (WT) – przekaźnik lub wyzwalacz przeciążeniowy.
W przypadku bezpiecznika:
1,6IN < 1,45Iz
skąd otrzymuje się zależność
IN < 0,9Iz
(5)
4. Spadki napięć w instalacjach: dopuszczalnych (rys. 9.) i zalecanych (tabela 6.)
Tabela 6. Zalecane spadki napięć w liniach elektroenergetycznych
Lp. Moc przesyłana linią wlz
w kVA
1
< 100
2
100 < S <250
250 < S < 400
3
< 400
4
Rys. 9. Graniczne dopuszczalne spadki napięcia
w instalacji elektrycznej w budynku mieszkalnym wg [1, 11]; ΔUlzd – dopuszczalny spadek napięcia w linii zasilającej wlz
14
ΔUlzd w %
0,5
1,0
1,25
1,50
Instalacje elektryczne
5. Zabezpieczenia przewodów przed cieplnymi skutkami przetężeń i zwarć
Maksymalny czas trwania zwarcia:
2
sù
é
t km =
k ú
ê
Iû
ë
(6)
s – przekrój przewodu, mm2;
k – współczynnik zależny od właściwości materiałów przewodowych i izolacyjnych
Tabela 7. Wartości współczynnika k dla różnych rodzajów przewodów
Wartość współczynnika k
[As1/2/mm2]
Rodzaj przewodu
Przewody o izolacji z gumy powszechnego użytku, z butylenu, z polietylenu usieciowanego lub z gumy etylenowo-propylenowej:
– z żyłami miedzianymi
– z żyłami aluminiowymi
135
87
Przewody o izolacji z PVC:
– z żyłami miedzianymi
– z żyłami aluminiowymi
115
74
Przekrój przewodu nie powinien być mniejszy od minimalnego smin wyliczonego
z zależności:
(7)
smin =
I k tk / k
6. Selektywność działania zabezpieczeń przetężeniowych
Selektywność jest zachowana, jeżeli całka Joule’a przedłukowa zabezpieczenia
dalszego od miejsca zwarcia jest większa od całki Joule’a wyłączenia zabezpieczenia
t
bliższego od miejsca zwarcia (tabela 8).
ik2 dt
Zabezpieczenie przewodów przed skutkami zwarć: całka Joule'a ò
k
t0
Tabela 8. Dopuszczalne wartości energii
AK = k2·s2, jaka może być skumulowana
w przewodzie miedzianym o izolacji z PVC
i przekroju s w czasie trwania zwarcia tK.
Przekrój s [mm2]
Energia AK [A2s]
1
1,5
2,5
4
6
10
13 200
29 800
82 700
212 000
476 000
1 320 000
i 2 dt przedłukowe (Apr) oraz
Tabela 9. Wartości ò
wyłączania (Aw) bezpieczników typu gL.
Wartości
Prąd wkładki bezpiecznikowej [A] przedłukowej A
pr
10
16
20
25
35
50
63
80
100
78,4
291
640
1 210
3 030
5 750
9 000
13 700
21 200
2
2
i dt [A s]
ò
wyłączania Aw
640
1 210
2 500
4 000
6 750
13 700
21 200
36 000
64 000
tw
AK >
AW
AK =
i 2 dt
ò
0
Nr 160
15
Instalacje elektryczne
Aby zachować selektywność działania bezpieczników powinny one różnić się co
najmniej o dwa stopnie.
Rys. 10. Szkice układów połączeń i charakterystyki czasowo-prądowe zabezpieczeń przetężeniowych, przy których są spełnione wymagania dotyczące selektywności działania:
lk – wartości prądów zwarciowych,
Iwb, Iwz – prądy zadziałania wyzwalaczy zwarciowych bezzwłocznych (lwb) i z krótką zwłoką
czasową (lwz)
Znacznie trudniejsze są warunki zachowania selektywności działania zabezpieczeń, jeżeli w obwodach odbiorczych są wyłączniki, a kolejne zabezpieczenie stanowią bezpieczniki.
Nawet przy umiarkowanych wartościach prądów zwarciowych, przy wyłącznikach 16 A bezpieczniki powinny być nie mniejsze niż 63 A.
Największe wartości prądów zwarciowych, przy których spełnione są jeszcze warunki selektywnego działania zabezpieczeń zwarciowych w układzie bezpiecznik –
wyłącznik instalacyjny typu S190B podano w tabeli 10.
16
Instalacje elektryczne
Tabeli 10. Selekcja w układzie bezpiecznik – wyłącznik instalacyjny typu S190B
INw w A
6
10
13
16
20
25
32
40
50
63
INF w A
25
1,0
0,78
0,74
0,68
0,65
35
1,7
1,4
1,4
1,4
1,28
1,23
50
3,0
2,7
2,2
2,2
2,1
1,9
1,84
Prąd zwarcia w kA
63
3,5
3,3
3,1
3,1
2,9
2,9
2,85
2,7
80
6
6
5,5
4,5
3,8
3,2
2,8
2,4
100
6
6
6
6
6
6
5
4
4
4
125
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
160
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
Układ połączeń
INW – prąd znamionowy ciągły wyłącznika
INF – prąd znamionowy bezpiecznika; wg PN-87/E93100/01, charakterystyka gG
Rys. 11. Przebiegi prądu zwarciowego i wartości całki Joule’a w wyłącznikach 16 A różnych
klas (1-3) oraz wyłącznikach N-LS firmy Siemens o charakterystyce typu B przerywających prąd
zwarciowy IK
Nr 160
17
Instalacje elektryczne
Rys. 12. Pożądane charakterystyki czasowo-prądowe wyzwalaczy nadprądowych wyłączników
w sieci rozdzielczej promieniowej wielostopniowej
7. Zalecane wyposażenie instalacji elektrycznych w mieszkaniach
Tabela 11. Zalecana minimalna liczba obwodów gniazd wtyczkowych ogólnego przeznaczenia
i obwodów oświetleniowych w obwodach odbiorczych mieszkaniowych w zależności od powierzchni mieszkania
Powierzchnia mieszkania w m2
Zalecana, minimalna liczba obwodów gniazd wtyczkowych
ogólnego przeznaczenia i oświetlenia
do 50
2
od 50 do 75
3
od 75 do 100
4
od 100 do 125
powyżej 125
6
5
Tabela 12. Zalecane wyposażenie instalacji mieszkaniowej w zależności od pożądanego standardu mieszkania
Wyszczególnienie
izby mieszkalnej
Kategoria I
Kategoria II
Kategoria III
liczba
gniazd
wtyczkowych
liczba
punktów
oświetleniowych
liczba
gniazd
wtyczkowych
liczba
punktów
oświetleniowych
liczba
gniazd
wtyczkowych
liczba
punktów
oświetleniowych
Sypialnia / pokój dzienny
≤ 12 m2
≤ 20 m2
> 20 m2
3
4
5
1
1
2
5
7
9
2
2
3
7
9
11
3
3
4
Nisza kuchenna
Kuchnia
5
7
2
2
7
9
2
3
8
11
2
3
Pracownia
4
1
7
2
9
3
Łazienka
3
2
4
3
5
3
18
Instalacje elektryczne
Wyszczególnienie
izby mieszkalnej
Kategoria I
Kategoria II
Kategoria III
liczba
gniazd
wtyczkowych
liczba
punktów
oświetleniowych
liczba
gniazd
wtyczkowych
liczba
punktów
oświetleniowych
liczba
gniazd
wtyczkowych
liczba
punktów
oświetleniowych
1
1
2
1
2
2
2,5 m
> 2,5 m
1
1
1
1
1
2
2
2
1
3
3
3
Balkon, loggia
o szerokości:
≤3m
>3m
1
1
1
1
1
2
1
1
2
3
1
2
Piwnica, przyziemie
1
1
2
1
2
1
Pokój zainteresowań
(hobby)
3
1
5
2
7
2
WC
Przedpokój o długości:
≤
Łączna liczba obwodów:
kuchenka elektryczna
zmywarka
pralka
suszarka bielizny
podgrzewacz wody
piekarnik
inne
1
1
1
1
1
–
–
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
2
1
2
Rys. 13. Przykład wykonania tablicy rozdzielczej i obwodów odbiorczych w domku
jednorodzinnym lub w mieszkaniu wieloizbowym, spełniających współczesne wymagania techniczne
1 – wyłącznik różnicowoprądowy,
2 – wyłącznik instalacyjny jednobiegunowy 16 A,
3 – wyłącznik instalacyjny trójbiegunowy B 25 A: instalację należy wykonać przewodami miedzianymi o przekroju 1,5 mm2, z wyjątkiem obwodu
kuchenki elektrycznej
Źródło: Markiewicz H., Referat na seminarium Oddziału Gliwickiego SEP, 2011 r. (do druku w Miesięczniku INPE
przygotował T. Malinowski).
Nr 160
19