Pasywna i aktywna ochrona zwarć łukowych
Czy wiesz czym są zwarcia łukowe i jak ograniczyć ich występowanie?
Czym jest zwarcie łukowe?
Jest to zwarcie, w wyniku którego zainicjuje się łuk elektryczny pomiędzy dwoma elementami przewodzącymi o różnych potencjałach. Czas trwania łuku elektrycznego jest zależny od warunków panujących w rozdzielnicy, głównie od utrzymywania się napięcia zasilania, ale także wypalenia się części przewodzących lub substancji mających za zadanie gaszenie łuku elektrycznego. Łuk elektryczny jest wyładowaniem elektrycznym w gazie pod ciśnieniem (atmosferycznym lub wyższym), charakteryzuje się małym oporem wewnętrznym. W obszarze łuku elektrycznego gazy są silnie zjonizowane i stanowią plazmę, której temperatura zależy od natężenia prądu oraz rodzaju gazu i jego ciśnienia.
Przykładowo, dla ciśnienia atmosferycznego w powietrzu dla natężenia 1A - temperatura plazmy wynosi około 5000°C.
Przyczyny zwarć łukowych
Analizując zjawisko występowania łuku, warto skupić się na najczęstszych przyczynach powstawania zwarć łukowych:
- Błędy ludzkie (najczęstsza przyczyna powstawania zwarć łukowych), takie jak:
- w czynnościach łączeniowych,
- na etapie prefabrykacji urządzenia (np. nie zachowanie odpowiednich odległości izolacyjnych),
- nieumyślne pozostawienie narzędzi po zakończeniu prac,
- błędy projektowe. - Wady konstrukcyjne lub materiałowe.
-
Ingerencja zwierząt.
-
Przepięcia łączeniowe lub atmosferyczne.
-
Uszkodzenia lub zły stan izolacji.
-
Warunki środowiskowe.
Główne skutki wystąpienia zwarcia łukowego w rozdzielnicy to:
- przerwa w zasilaniu odbiorców,
- straty materialne,
- bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia lub życia ludzi przebywających w otoczeniu wystąpienia zwarcia.
Powyższe punkty skutkują zaliczeniem zwarć łukowych do jednego z najgroźniejszych zagrożeń, jakie może pojawić się w instalacji elektrycznej niskiego napięcia. Następnym pytaniem jakie się nasuwa jest to, jak często występują tego typu zdarzenia. Różne źródła podają, że dla Polski jest to od kilkunastu do kilkudziesięciu zdarzeń rocznie. Należy jednak pamiętać, że wiele z takich zdarzeń może nie być zgłaszana – usterka jest usuwana i przywraca się uprzedni stan rzeczy.
Bezpośrednim skutkiem palenia się łuku elektrycznego jest wydzielanie się ogromnej ilości ciepła, które prowadzi do podgrzania gazu oraz odparowania części metalowych, stopienia elementów izolacyjnych wykonanych z tworzyw sztucznych itp. W efekcie następuje uszkodzenie części wsporczych, konstrukcyjnych oraz przewodzących rozdzielnicy, zniszczenie aparatów elektrycznych oraz eksplozja gazów i pyłów połukowych.
Wielkość strat oraz uszkodzenia, jakie łuk elektryczny dokona w naszej rozdzielnicy, zależy oczywiście od natężenia prądu oraz czasu trwania zwarcia wprost proporcjonalnie. Jak wiemy, natężenie prądu zwarciowego będzie zależne od mocy źródła zasilania rozdzielnicy oraz impedancji pętli zwarcia – w praktyce od miejsca rozdzielnicy w systemie energetycznym oraz impedancji łuku.
- Maksymalnym skróceniu czasu palenia łuku.
- Ograniczeniu skutków palenia łuku, poprzez zastosowanie odpowiednich elementów konstrukcyjnych w rozdzielnicy.
Czy formy separacji w rozdzielnicach elektrycznych chronią nas przed łukiem elektrycznym?
Forma separacji rozdzielnicy elektrycznej nie jest z definicji ochroną przed skutkami zwarć łukowych. Wyższa forma separacji może w pewnych warunkach ograniczyć rozprzestrzenianie się łuku elektrycznego lub zapobiec jego wystąpieniu, natomiast nie jest testowana na wystąpienie łuku elektrycznego, dlatego nie mamy żadnej gwarancji że pomoże. Trzeba wziąć pod uwagę, że większość wygrodzeń formy separacji posiada stopień przed wnikaniem IP2X, a łuk potrafi się przedostać przez 1,5 mm szczelinę. Więcej o formach separacji w rozdzielnicach elektrycznych znajdziesz tutaj.
Jak chronimy nasze rozdzielnice przed skutkami zwarć łukowych?
Do ochrony rozdzielnicy przed zwarciami łukowymi stosujemy systemy aktywnej lub pasywnej ochrony przed zwarciami łukowymi. W firmie Hager dbamy o najwyższe standardy bezpieczeństwa. Naszym priorytetem są klienci i ich dobra, dlatego oferujemy innowacyjny system rozdzielnic unimes H, wyposażony w rozwiązania pasywnej i aktywnej ochrony przed zwarciami łukowymi.
System pasywnej ochrony
Realizuje się go za pomocą specjalnych rozwiązań mechanicznych w rozdzielnicach - za pomocą różnorakich wzmocnień konstrukcji, specjalnych zamków oraz klap wydmuchowych. System taki ma za zadanie ograniczenie rozprzestrzenienia się łuku oraz wyprowadzenie energii powstałej w wyniku zwarcia łukowego na zewnątrz rozdzielnicy tak, aby obsługa była bezpieczna. Zwyczajowo określa się ją za pomocą napięcia roboczego, poziomu prądu zwarciowego oraz czasu, do którego zwarcie powinno zostać wyłączone, aby ochrona została spełniona.
Przykładowo, pasywna ochrona systemu rozdziału energii firmy Hager unimes H zapewnia następujące parametry:
- napięcie robocze: U = 500 V AC,
- częstotliwość: 45 – 62 Hz,
- prąd zwarcia Ip arc 85 kA max. r.m.s,
- maksymalny czas zwarcia T = 300 ms,
- EN 61439-1/TR 61641 – wypełnia kryteria od 1 do 7.
Powyższe kryteria normy IEC 61641 przedstawiają się następująco:
Kryteria od 1 do 5 są związane z ochroną obsługi rozdzielnic.
1. Ocena poprawności zabezpieczenia drzwi oraz pokryw (czy się nie otwierają, nie odlatują, nie odkształcają itp.).
2. Sprawdzenie czy elementy rozdzielnicy, które mogą spowodować zagrożenie, nie odpadają.
3. Ocena czy wyładowanie łukowe nie powoduje powstania dziur w dostępnych z zewnątrz częściach obudowy.
4. Sprawdzenie czy nie zapalają się bawełniane wskaźniki ustawione pionowo wokół rozdzielnicy.
5. Ocena sprawności połączenia wyrównawczych dostępnych części obudowy.
Kryteria 6 i 7 dotyczą ochrony instalacji oraz funkcji rozdzielnicy.
6. Ocena czy wyładowanie łukowe jest ograniczone do obszarów, w których łuk się pojawił. W sąsiednich obszarach nie mogą pojawiać się ponowne zapłony łuku.
7. Eksploatacja awaryjna rozdzielnicy i urządzeń sterowniczych musi być możliwa po usunięciu usterki, wyłączeniu uszkodzonego obszaru rozdzielnicy oraz jego zabezpieczeniu. Spełnienie tego wymagania musi zostać potwierdzone badaniem izolacji przeprowadzonym przez 1 minutę przy napięciu równym 1,5 wartości znamionowego napięcia roboczego.
Poniższe zdjęcia pomogą zobrazować, jak wyglądają testy ochrony przed łukiem elektrycznym:
System aktywnej ochrony
Realizuje on układ, który wykrywa zwarcie łukowe i natychmiast doprowadza do zwarcia galwanicznego, które gasi łuk elektryczny i pozwala zadziałać zabezpieczeniu w rozdzielnicy. Zwyczajowo w takich układach mamy detektory świetlne (które mają za zadanie wyłapać błysk podczas zwarcia) oraz kontrolę napięcia, prądu lub obu tych parametrów. W połączeniu te sygnały pozwalają wykryć zwarcie łukowe w przeciągu kilku ms, co ogranicza bardzo skutecznie wydzielenie się energii niszczącej w rozdzielnicy – zazwyczaj po takiej usterce i jej usunięciu fizycznym - jesteśmy od razu w stanie włączyć układ do pracy.
Dodatkowe wskazówki o ochronie aktywnej w rozdzielnicach rodziny Hager znajdują się w naszej broszurze. Więcej szczegółów technicznych odnośnie aktywnej ochrony przed zwarciami łukowymi w rozdzielnicach znajduje się tutaj.
Zapraszamy również do obejrzenia krótkiego filmu, który obrazuje działanie aktywnej ochrony.
Dlaczego powyższe systemy ochronny nie są stosowane zawsze?
Nie ma nic cenniejszego niż bezpieczeństwo obsługi oraz naszego mienia. Niestety wraz z zastosowaniem powyższych systemów ochrony zwiększa się koszt inwestycji, co dość skutecznie odstrasza od stosowanie tego rodzaju ochrony. Obecnie nasze prawo nie nakazuje stosowania tego rodzaju rozwiązań. Warto jednak zauważyć, że np. u naszych zachodnich sąsiadów prawo obliguje do stosowania ochrony przed łukiem w obiektach, gdzie zasilanie ma ogromną rolę jak np. w szpitalach, czy marketach.
Możliwe, że i u nas w przyszłości tego typu rozwiązania będą wymagane przez prawo w odpowiednich warunkach lub obiektach. Na razie, jako Hager, zachęcamy do korzystania z bezpiecznych rozwiązań, aby ograniczyć do minimum przestoje oraz skutki awarii.
