12 Michał FILIPIAK, Łukasz PUTZ Politechnika Poznańska

Instalacje elektryczne niskiego napięcia
Michał FILIPIAK, Łukasz PUTZ
Politechnika Poznańska
Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej
Czytaj w: "Z listów
do Redakcji:
Opinie i
polemiki" poz. 15
- od p. A.M.
WYMAGANIA NORMATYWNE
W PROJEKTOWANIU INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH
BUDYNKÓW UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ
Streszczenie:
W artykule zaprezentowano projekt instalacji elektrycznej wiejskiej szkoły podstawowej.
Celem pracy było zapoznanie się z przebiegiem procesu projektowego oraz normami i przepisami, o które muszą się opierać projektanci instalacji elektrycznych w budynkach użyteczności publicznej. Przedstawiono plany budowlane szkoły z naniesionymi przebiegami instalacji
elektrycznej oraz tok wykonanych obliczeń. Zamieszczono również zestawienie wykorzystanych
przewodów i potrzebnych zabezpieczeń.
1. Wprowadzenie
Wykonanie projektu instalacji elektrycznej w dzisiejszych czasach nie jest, jak by
się wydawało, łatwym zadaniem. Cała procedura projektowa jest bardzo skomplikowana i nie polega tylko na rozrysowaniu na kartce papieru przewidywanego schematu, czy dokonaniu kilku obliczeń. Trzeba uzyskać wiele pozwoleń zarówno administracyjnych, jak i wytycznych z organów technicznych. Omawiany proces jest
identyczny zarówno dla projektu małego domku jednorodzinnego, jak i fabryki zlokalizowanej na dużym obszarze. Oprócz tego projekt musi być wykonany zgodnie
z istniejącymi normami i dyrektywami [3], [4]. Dlatego też, by podołać całemu procesowi, projektowaniem zajmują się głównie wykwalifikowani projektanci z firm
projektowych, gdzie każda osoba ma określone swoje zadania, przez co cały tok
projektowy przebiega szybciej i sprawniej, niż miałoby to miejsce w przypadku
małego zespołu projektantów.
2. Wymagania normatywne
Przy projektowaniu instalacji elektrycznej wiejskiej szkoły podstawowej należy
kierować się wieloma normami wydanymi przez Polski Komitet Normalizacyjny.
Jedne z ważniejszych norm elektrycznych dotyczą przede wszystkim stosowania odpowiednich kabli i przewodów, ochrony przeciwprzepięciowej i przeciwporażeniowej,
sposobu układania przewodów i lokalizacji poszczególnych elementów instalacji, czy
także norm oświetleniowych, w tym również oświetlenia awaryjnego [1], [2]. Projekt
wykonany był głównie w oparciu o cztery normy prawne opisane poniżej.
2.1. Norma PN-IEC 60364-1:2000 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
Część 1: Zakres, przedmiot i wymagania podstawowe”1
Norma precyzuje wymagania dotyczące instalacji elektrycznych w pomieszczeniach użyteczności publicznej, która obejmuje obwody zasilane napięciem do 1000 V
1) Zastąpiona
przez PN-HD 60364-1:2010 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 1: Wymagania podstawowe,
ustalanie ogólnych charakterystyk, definicje” [Przypis redakcji INPE]
12
Instalacje elektryczne niskiego napięcia
dla prądu przemiennego pracującego przy częstotliwości 50, 60 i 400 Hz. Podstawowe wymagania zawierają zapewnienie bezpieczeństwa dla osób i zwierząt przed
porażeniem prądem elektrycznym (przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim). Jest
to szczególnie ważny punkt, gdyż w szkole podstawowej istnieje duże ryzyko spowodowane brakiem odpowiedzialności dzieci, więc należy stosować gniazdka wyłącznie
w miejscach niezbędnych i niedostępnych dla osób trzecich. Instalacja taka powinna
niezwłocznie wyłączyć zasilanie w momencie dotyku przewodu będącego pod
napięciem w celu ochrony życia. Norma zawiera także ochronę przed przepięciami
w celu ochron przed porażeniem w wyniku wyładowań atmosferycznych. Przy projektowaniu należy wziąć pod uwagę rodzaj zasilania, rodzaj i liczbę przewodów
dopuszczalne odchylenia dla napięcia, prądu i częstotliwości [6].
2.2. Norma PN-IEC 60364-4-41:2000 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa”
Norma zawiera wszystkie niezbędne rozwiązania w celu zapewnienia ochrony
przeciwporażeniowej poprzez zastosowanie ochrony przed dotykiem bezpośrednim
stosując: izolacje, osłony, bariery, oraz stosując urządzenia różnicowoprądowe. Dla
ochrony przed dotykiem pośrednim stosując: separacje elektryczne, samoczynne
wyłączenie zasilania, izolowanie stanowiska [połączenia wyrównawcze i inne środki
ochrony – przypis red. INPE].
2.3. Norma PN-IEC 60364-5-523:2001 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa i długotrwała przewodów”
Norma ta zawiera wszystkie niezbędne informacje pozwalające rozróżnić jaki rodzaj
mocowania zastosować dla przewodu, w którym popłynie prąd o wartości znamionowej dla której dobieramy przewód o odpowiednim prądzie zwarciowym.
2.4. Norma PN-EN 12464-1:2004 „Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1:
Miejsca pracy we wnętrzach”
Głównymi kryteriami przy projektowaniu instalacji oświetleniowej jest uwzględnienie trzech podstawowych potrzeb człowieka takich jak wygoda widzenia dla dobrego
samopoczucia, uzyskania największej zdolności widzenia i uzyskanie bezpieczeństwa.
Dla określenia parametrów oświetlenia stosuje się następujące parametry: rozkład luminancji, natężenia oświetlenia, olśnienie, kierunkowość, oddawanie barw, migotanie i światło dzienne. Norma zawiera informacje o dopuszczalnych wartościach dla
wyżej wymienionych parametrów. Przy projektowaniu szkoły podstawowej należy
wziąć pod uwagę parametry dla poszczególnych pomieszczeń. Na przykład dla pokoju nauczycielskiego i sal lekcyjnych powinny być spełnione następujące wymagania: natężenie oświetlenia Em = 500 lx, współczynnik olśnienia UGLL = 19, współczynnik oddawania barw przynajmniej Ra = 80 oraz równomierność oświetlenia nie
mniejsza niż d = 0,7 [7].
3. Plan instalacji elektrycznej
Instalacja elektryczna została zaprojektowana dla małej szkoły podstawowej
o powierzchni użytkowej wynoszącej 522,5 m2. Jest to szkoła nauczania początkowego
dla klas I–III. Posiada 4 sale lekcyjne, przy czym jedna jest salą komputerową. W szkole
Nr 151
13
Instalacje elektryczne niskiego napięcia
znajdują się także inne pomieszczenia niezbędne dla funkcjonowania placówki oświatowej, jak: pokój nauczycielski, stołówka z kuchnią, toalety z rozdziałem na damską
i męską oraz pomieszczenie gospodarcze.
Rozdzielnia główna (RG) budynku usytuowana jest w pomieszczeniu gospodarczym. Z niej rozprowadzona jest instalacja na cały budynek szkoły. Cała instalacja elektryczna jest zaprojektowana na pobór mocy rzędu 45 kW i jest podzielona na 2 główne
części: instalację gniazdową (zarówno jedno-, jak i trójfazową) oraz instalację oświetleniową. Instalacja gniazdowa (kolor niebieski) oraz oświetleniowa (kolor czerwony)
jest widoczna na rys. 1 i rys. 2.
Z planu instalacji gniazdowej widać umiejscowienie gniazd (jedno- i trójfazowych) oraz drogę ułożenia przewodów i punkty ich rozdzielenia. Z kolei na planie
instalacji oświetleniowej zaobserwować można miejsca zawieszenia lamp oraz ich
ilość.
Wszystkie elementy instalacji zostały dobrane zgodnie z istniejącymi normami,
na podstawie obliczeń spadków napięć oraz dopuszczalnych obciążeń.
Rys. 1. Plan instalacji gniazdowej w szkole
Rys. 2. Plan instalacji oświetleniowej w szkole
14
Instalacje elektryczne niskiego napięcia
4. Dobór przewodów i zabezpieczeń
Tok obliczeń zostanie zaprezentowany na przykładzie wewnętrznej linii zasilającej (WLZ) [5], natomiast wykaz wszystkich dobranych przewodów i zabezpieczeń
został zamieszczony w Tabeli 1.
Moc przyłączeniowa wynosi:
P = 45 kW
Wybrano przewód o symbolu:
YKY 0,6 /1 kV 5×25 mm2
Obciążalność prądowa długotrwała przewodu (z normy):
IZ = 101 A
Długość linii:
lWLZ = 20 m = 0,02 km
Prąd obliczeniowy:
P
45000
IB = = =
64,95 A
3×
UN
3×
400
Procentowy dopuszczalny spadek napięcia na linii:
100 ×
P×
l
100 ×
45000 ×
20
D
U % = WLZ
=
=
0,402%
g
×
S×
U N2
56 ×
25 ×
400
Dobór ze względu na obciążalność prądową długotrwałą:
Warunek doboru:
IZ ³
IB Þ
101 A ³
64,95 A
Warunek jest spełniony.
Dobór ze względu na dopuszczalny spadek napięcia:
Warunek doboru:
D
U% £
0,5 Þ
0,402% £
0,5%
Warunek jest spełniony.
Dobór zabezpieczeń ze względu na przeciążenia:
Warunki doboru:
IB £
IN £
IZ i I2 £
1,45 ×
IZ
I2 =
k×
IN =
1,2 ×
80 =
96 A
64,95 A £
80 A £
101 A i 96 £
1,45 ×
101 A =
146,45 A
Warunek jest spełniony.
Nr 151
15
Instalacje elektryczne niskiego napięcia
Zastosowano wyłącznik nadmiarowo-prądowy PLHT-C80/3N.
Obliczenia impedancji wewnętrznej linii zasilającej WLZ:
Rezystancja jednostkowa przewodu wynosi:
R0 =
0,727 W
/ km
Reaktancja przewodu jest pomijalnie mała.
Rezystancja wewnętrznej linii zasilającej WLZ:
RWLZ =
R0 ×
lWLZ =
0,727 ×
0,02 =
0,01454 W
Reaktancja wewnętrznej linii zasilającej WLZ:
X WLZ ®
0
Impedancja wewnętrznej linii zasilającej WLZ:
2
2
Z WLZ =
RWLZ
+
X WLZ
=
0,01454 2 +
02 =
0,01454 W
Dobór zabezpieczeń ze względu na zwarcia:
Impedancja pętli zwarciowej:
ZK =
Z LZ +
Z WLZ =
0,217 +
0,01454 =
0,3624 W
Teoretyczny prąd zwarcia:
c×
U
1×
400
I k'' =N =
=
637,25 A
3×
ZK
3×
0,3624
Współczynnik k dla kabla miedzianego w izolacji PCV:
k=
115
Czas trwania zwarcia:
2
2
æ
Sö
æ25 ö
ç
÷
tk =
k×
=
115 ×
=
20,35 s
ç
÷
'' ÷
ç
I
637,25 ø
è
k ø
è
Dla wyłącznika PLHT-C80/3N prąd znamionowy wyłączalny:
I NW =
25000 A
Warunek doboru:
I NW ³
I WZ »
I k'' Þ
25000 A ³
637,25 A
Warunek jest spełniony.
16
Instalacje elektryczne niskiego napięcia
Tablica 1. Wykaz dobranych przewodów i zabezpieczeń
NAZWA LINII
DOBRANY
PRZEWÓD
ZABEZPIECZENIE
Linia Zasilająca LZ
YAKY 0,6/1kV
4×35 mm2
−
Wewnętrzna Linia
Zasilająca WLZ
YKY 0,6/1kV
5×25 mm2
PLHT-C80/3N
Oświetlenie klasy 1
YDYżo 450/750V
3×1,5 mm2
CLS6-B6
Oświetlenie klasy 2
YDYżo 450/750V
3×1,5 mm2
CLS6-B6
Oświetlenie klasy 3
YDYżo 450/750V
3×1,5 mm2
CLS6-B6
Oświetlenie
sali komputerowej
YDYżo 450/750V
3×1,5 mm2
CLS6-B6
Oświetlenie kuchni,
stołówki i pokoju nauczycielskiego
YDYżo 450/750V
3×1,5 mm2
CLS6-B16
Oświetlenie toalet,
pomieszczenia gospodarczego
i korytarza
YDYżo 450/750V
3×1,5 mm2
CLS6-B16
Gniazda 1-fazowe klasy 2 i klasy 3
YDYtżo 450/750V
3×2,5 mm2
CLS6-B16
Gniazda 1-fazowe
sali komputerowej
YDYtżo 450/750V
3×2,5 mm2
CLS6-B16
Gniazda 1-fazowe klasy 1,
pomieszczenia gospodarczego i toalet
YDYtżo 450/750V
3×2,5 mm2
CLS6-B16
Gniazda 1-fazowe kuchni,
stołówki i pokoju nauczycielskiego
YDYtżo 450/750V
3×2,5 mm2
CLS6-B16
Gniazda 1-fazowe korytarza
YDYtżo 450/750V
3×2,5 mm2
CLS6-B16
Gniazda 3-fazowe kuchni
YDYżo 0,6/1kV
5×2,5 mm2
CLS6-B25/3N
5. Podsumowanie
Zaprezentowany projekt pozwala na zapoznanie się z procesem projektowym,
czyli z tworzeniem schematów instalacji elektrycznej oraz z dokonaniem niezbędnych obliczeń. Widać jakie znaczenie ma prawidłowe wykonanie obliczeń przy doborze elementów instalacji. Nieprawidłowo dobrane przewody mogą szybko ulec przepaleniu, zaś nieprawidłowo dobrane zabezpieczenia mogą zadziałać za wcześnie lub
Nr 151
17
Instalacje elektryczne niskiego napięcia
zbyt późno. Projekt daje dobre podstawy dla początkujących projektantów. Może
także zostać wdrożony w obiekcie o podobnym układzie pomieszczeń, np. w przedszkolu lub małym pawilonie handlowym.
6. Bibliografia2
[1] Bąk J.: Komentarz do Normy PN-EN-12464-1. Światło i oświetlenie miejsc pracy.
Część 1. Miejsca pracy we wnętrzach, wydawnictwo COSiW, Warszawa 2006.
[2] Jabłoński W., Niestępski S., Wolski A.: Komentarz do Normy PN-IEC 60364.
Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Tom 2, wydawnictwo COSiW,
Warszawa 2001.
[3] Markiewicz H.: Instalacje elektryczne. Wydanie VIII, wydawnictwo WNT, Warszawa 2008.
[4] Niestępski S., Parol M. i inni: Instalacje elektryczne. Budowa, projektowanie
i eksploatacja, wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
[5] Pazdro K., Wolski K.: Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych,
wydawnictwo WNT, Warszawa 2005.
[6] PN-IEC 60364-1 Instalacje elektryczne w obiekt budowlanych. Zakres, przedmiot i wymagania podstawowe.
[7] PN-IEC 60364-4-41 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona
dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa.
[8] PN-IEC 60364-5-523:2001 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa i długotrwała przewodów.
[9] PN-EN 12464-1 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Miejsca pracy
we wnętrzach.
Artykuł jest przedrukiem referatu wygłoszonego na XIV Sympozjum Oddziału Poznańskiego SEP w Poznaniu, w dniu 23.11.2011 r.
2) W tekście artykułu numery referencyjne norm uzupełniono rokiem publikacji. Pełny wykaz Polskich Norm dotyczących
instalacji elektrycznych opublikowano w Nr. 148-149 Miesięcznika INPE na str. 71-88 i w domenie www.redinpe.com
na podstronie Polskie Normy w zakładce Wybrane serie PN [przypis redakcji INPE]
18