Omówienie normy PN-E-05115

1 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV w świetle postanowień normy PN-E-05115:2002 Spis treści Wymagania podstawowe dotyczące urządzeń i instalacji elektroenergetycznych wysokiego napięcia..... 2 Wymagania szczegółowe dla instalacji oraz środki bezpieczeństwa i układy pomocnicze. ................... 11 Ochrona przeciwporażeniowa i uziemienia w instalacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia ............................................................................................................................................................. 45 2 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV w świetle postanowień normy PN-E-05115:2002 dr inż. Zbigniew Nartowski Część I. Wymagania podstawowe dotyczące urządzeń i instalacji elektroenergetycznych wysokiego napięcia. Spis treści Wprowadzenie ................................................................................................................................................... 3 Przedmiot normy ............................................................................................................................................... 3 Ogólna charakterystyka normy ....................................................................................................................... 3 Struktura normy PN-E-05115.......................................................................................................................... 4 Rozdział 1. Zakres normy i normy powołane ................................................................................................ 5 Rozdział 3. Wymagania podstawowe ............................................................................................................. 5 Rozdział 4. Izolacja .......................................................................................................................................... 6 Znormalizowane poziomy izolacji wg PN-EN 60071-1:1999 ....................................................................... 7 Minimalne odstępy w powietrzu wg PN-E-05115:2002 (zalecane).............................................................. 8 Rozdział 5. Urządzenia................................................................................................................................... 10 3 Wprowadzenie W dniu 12.8.2002 r. została ustanowiona przez PKN norma PN-E-05115:2002 „Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV". Fakt ten stanowi zakończenie „ery PBUE", których wymagania w zakresie rozdziału III „Stacje i rozdzielnie elektroenergetyczne" były u nas stosowane od 1962 r., a zatem przez 40 lat. Przepisy te były już w dużej mierze przestarzałe, a w ostatnich latach stały się także formalnie nieaktualne. Nieco inaczej przedstawiała się historia rozdziału VII, obejmującego ochronę przeciwporażeniową w urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu wyższym niż 1 kV, który został zastąpiony obowiązującym przez kilka lat Rozporządzeniem Ministra Przemysłu z dnia 8.10.1990 r. i które utraciło również swoją ważność formalną. Norma PN-E-05115:2002 jest oficjalnym i wiernym tłumaczeniem europejskiego dokumentu harmonizacyjnego H D 637 81:1999. Tłumaczenie zostało wykonane przez zespół: dr inż. W. Jabłoński, Politechnika Wrocławska (rozdział 9 i przynależne załączniki), mgr inż. M. Nahotko, Energoprojekt Kraków S.A. (rozdział 8), dr inż. Z. Nartowski, em. pracownik Energoprojektu Kraków (rozdziały 1-5 i 10 oraz koordynacja całości), mgr inż. S. Samek, Energoprojekt Kraków S.A. (rozdziały 6 i 7). Energoprojekt Kraków S.A. był pomocny w tych pracach. Norma jest dość obszerna, zawiera ponad 150 stron, i dlatego nie może być w całości przedstawiona szczegółowo. Przedstawiono ogólnie zawartość całej normy, a szczególną uwagę zwrócono na istotne różnice w stosunku do dotychczas stosowanych Przepisów Budowy Urządzeń Elektrycznych. Przedmiot normy Przedmiotem normy są instalacje elektroenergetyczne o napięciu wyższym od 1 kV (WN) obejmujące następujące obiekty: — stacja (zamknięty obszar ruchu elektrycznego w którym znajdują się rozdzielnie, transformatory, itp.) — elektrownia (część elektryczna zawierająca generatory, transformatory blokowe, rozdzielnie potrzeb własnych itp.) — układ elektroenergetyczny zakładu przemysłowego (GPZ, sieć zakładowa WN,stacje WN/nn). W skład instalacji wchodzą urządzenia takie jak: aparatura łączeniowa, transformatory, generatory, silniki WN, wyposażenie sterowania i uziemień, linie wewnętrzne, budynki i ogrodzenia itp. Zespół tłumaczący normę przyjął termin „instalacja" dla wysokiego napięcia, który był dawniej stosowany tylko dla niskiego napięcia. W oparciu o Prawo energetyczne wprowadzono zestaw określeń: — „urządzenia" - urządzenia techniczne stosowane w procesach energetycznych, — „instalacje" - urządzenia z układami połączeń między nimi, — „sieci" - instalacje połączone i współpracujące ze sobą, służące do przesyłaniai dystrybucji. Ogólna charakterystyka normy Europejski Dokument Harmonizujący HD 637 81:1999, którego omawiana norma jest polską wersją nie jest jeszcze normą europejską EN. Jest to pierwszy etap ujednolicenia w skali europejskiej wymagań odnoszących się do instalacji el. en. o napięciu wyższym od 1 kV. Ujednolicenie to nie jest łatwe, gdyż różne kraje Europy miały dotąd różne przepisy, różną, tradycję techniczną, a czasem także mają inne warunki zewnętrzne. Dlatego dokument HD w niektórych punktach jest sformułowany kompromisowo lub wariantowo a także zawiera zalegalizowane dla określonych krajów odstępstwa od ogólnie przyjętych ustaleń (załączniki S i T). Wszystkie kraje europejskie mają pewne trudności z dostosowaniem do ujednoliconych wymagań ustalonych w HD. Jednakże wspólna gospodarka całej Europy, rozwój techniki w dziedzinie elektroenergetyki oraz ścisłe powiązanie systemów el. en. krajów europejskich stwarzają konieczność unifikacji wymagań dla urządzeń i instalacji. Norma polska stanowi jeden z wielu odcinków stanowiących „wejście do Unii Europejskiej". Nowa Polska Norma nie wprowadza generalnej rewolucji do krajowej praktyki projektowej, występuje jednakże wiele zmian szczegółowych. Na najważniejsze zmiany zwrócona tu będzie uwaga. Wprowadzone 4 zostały niektóre nowe wymagania nie występujące w starych przepisach, jak np. instalowanie rozdzielnic gazowych, ochrona obwodów wtórnych od zakłóceń występujących w instalacjach WN itp. Problemem może być wariantowość niektórych wymagań normy. Wariantowe przykładowo są: poziom izolacji, poziom ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, a także zakres uwzględnienia dodatkowych rezystancji w obwodzie rażeniowym (decydujący dla projektowania instalacji uziemiającej). W przeszłości w projektowaniu występowały na ogół jednoznaczne ustalenia norm, przepisów i wytycznych. Wariantowość wymaga podjęcia decyzji przez projektanta i użytkownika instalacji (inwestora), a zatem powiększa zakres uzgodnień pomiędzy użytkownikiem a projektantem. Trzeba zaznaczyć, że decentralizacja i prywatyzacja energetyki zwiększają zróżnicowanie przyjmowanych ustaleń. Dotychczasowe PBUE także nie ustalały wszystkich szczegółów, konieczne były: wskazówki wykonawcze, wytyczne projektowania lub instrukcje projektowe. W obecnej sytuacji istnienie takich dokumentów, uściślających wymagania ujęte w PN-E-05115 jest potrzebne jeszcze w większym stopniu. Pewnym ułatwieniem dla użytkownika normy będzie „Komentarz do postanowień PN-E-05115" wydany ostatnio przez COSIW SEP. Projekt normy europejskiej, na wcześniejszym etapie prac, został przekazany przez CENELEC w 1996 r. do IEC, która prowadzi prace nad przygotowaniem tejże normy jako normy międzynarodowej (światowej). Ostatnio, w październiku 2002 r., została wydana część pierwsza tej normy IEC 61936-1 „Power installations exceeding 1 kV a.c.. General rules" (Instalacje el.en. WN Wymagania ogólne). Zamierzane jest wydanie części 2, dotyczącej instalacji w sieciach przesyłowych i rozdzielczych oraz części 3, obejmującej elektrownie i instalacje w zakładach przemysłowych. Norma IEC jako całość będzie wprowadzona jako norma europejska EN a następnie jako nowa norma PN, zastępująca omawianą normę. Warto zauważyć, że w normie IEC 61936 wprowadzono istotne korekty merytoryczne i redakcyjne w stosunku do HD, a już prowadzone są prace nad nowelizacją tej normy. Można mieć pewność, że omawiana norma PN-E-05115 w obecnej wersji nie będzie stosowana przez 40 lat. Należy podkreślić, że w obecnym układzie organizacyjnym nasza normalizacja jest ściśle związana z normalizacją europejską i międzynarodową. Zapewnia to wysoką jakość naszych norm. Struktura normy PN-E-05115 Norma PN-E-05115 ma bardzo czytelną i logiczną strukturę. Norma zawiera następujące rozdziały: 1. Zakres normy i normy powołane 2. Definicje (terminologia) 3. Wymagania podstawowe 4. Izolacja 5. Urządzenia Te rozdziały stanowią część l niniejszego referatu, zatytułowaną: „Podstawowe wymagania dotyczące urządzeń i instalacji WN", a dalej: 6. Instalacje 7. Środki bezpieczeństwa 8. Instalacje pomocnicze i systemy sterowania Te rozdziały zawierają „Szczegółowe Wymagania dla instalacji el. en. WN" i stanowią cz. II referatu opracowaną przez mgr inż. S. Samka. W końcu: 9. Instalacje uziemiające 10. Przegląd i badania odbiorcze oraz 15 załączników (A-G i J-Q) dotyczących instalacji uziemiających. Wchodzą one do cz. III referatu, opracowanej przez dr inż. W. Jabłońskiego. Ponadto w normie zamieszczono dwa załączniki S i T (50 stron), które zawierają odstępstwa zalegalizowane dla poszczególnych krajów. Zamieszczone w załączniku S odchylenia wynikają z niezgodności w 8 krajach przepisów prawnych i norm z tekstem HD 637 S1. W załączniku T podano dla 9 krajów odstępstwa wynikające w zasadzie ze szczególnych warunków występujących w tych krajach (HD przyjęto ogółem dla 19 krajów). Załączniki S i T w Polsce mają znaczenie tylko informacyjne i mogą służyć dla krytycznej analizy wymagań ustalonych w normie albo mogą być wykorzystane w przypadku ewentualnego polskiego eksportu 5 dla Zachodniej Europy. Dla polskiego użytkownika normy, te dwa załączniki są nieistotne. Rozdział 1. Zakres normy i normy powołane Należy podkreślić, że norma nie dotyczy linii napowietrznych i kablowych budowanych pomiędzy oddzielnymi instalacjami. Nie dotyczy również instalacji dla górnictwa podziemnego, instalacji morskich, urządzeń medycznych itd. Można tu dodać, że niektóre załączniki mają charakter szczegółowych wytycznych projektowania, a nie ogólnej normy. Przykładem może być załącznik K1, w którym zestawiono rezystywność różnych rodzajów gruntu. Takie załączniki zostały pominięte w normie EN 61936. W normie zamieszczono listę powołanych norm (ponad 60 pozycji). Taka duża ich liczba wynika z faktu, że w projektowaniu i budowie instalacji el. en. należy uwzględnić wymagania wielu różnych instalowanych urządzeń oraz wiele różnych wymagań stawianych całej instalacji. Zestawione są normy EN, dokumenty HD, normy lEC itp. Odpowiedniki polskie tych dokumentów podane są w załączniku krajowym NA. Szczególną uwagę należy zwrócić na normę PN-EN 50110-1:2001 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych" część pierwsza. Zawiera ona zasady, które odnoszą się także do instalacji i urządzeń WN. Trzeba wyjaśnić, że druga część normy zawiera tylko zestawienie przepisów obowiązujących w poszczególnych krajach europejskich. Dla krajowego użytkownika norm jest praktycznie bezwartościowa. W Polsce obowiązuje w tym zakresie Rozporządzenie Ministra Gospodarki w dnia 17.9.1999 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych. Rozdział zawiera następujące podrozdziały: definicje ogólne, instalacje, rodzaje instalacji, ochrona przeciwporażeniowa, odstępy, sterowanie i zabezpieczenia oraz uziemienia. Zamieszczono ponad 80 terminów i ich definicje. Polskie terminy są zgodne z pozycjami odpowiednich części Międzynarodowego Słownika Terminologicznego Elektryki IEV. Poniżej zwrócono uwagę na niektóre terminy odbiegające od słownictwa stosowanego w PBUE. Wprowadzone zostało rozróżnienie dwóch terminów: „napięcie nominalne" i „napięcie znamionowe". Pierwszy stanowi tylko nazwę a drugi parametr ściśle określający dane urządzenie, l tak mamy przykładowo napięcie nominalne sieci (rozdzielni) 1 1 0 kV. Natomiast napięcie znamionowe zainstalowanych tam aparatów (najwyższe napięcie urządzenia U m) wynosi 123kV, znamionowa przekładnia transformatora 1 1 5 ±10% 715,75 kV a napięcie znamionowe ogranicznika przepięć 96 kV. W dokumencie HD wprowadzono dla sieci 400 kV nazwę: napięcie nominalne 380 kV. Zmienia to nazwę a nie wpływa na parametry urządzeń. Rozróżnia się wg IEV 605, instalacje napowietrzne i wnętrzowe dwóch rodzajów: „otwarte" (tradycyjne) i „osłonięte" (termin powszechnie używany). Szczególnym przypadkiem rozdzielni osłoniętej jest „rozdzielnia gazowa". Zgodnie z tekstem angielskim HD oraz zgodnie z IEV 195 wprowadzono kilka terminów stosowanych już w instalacjach nn jak: „część czynna" (może być pod napięciem albo w stanie beznapięciowym), „dotyk bezpośredni" (kontakt elektryczny z częściami czynnymi) oraz „dotyk pośredni" (kontakt z częściami przewodzącymi, które w stanie zakłócenia znalazły się pod napięciem). Wprowadzono trzy terminy: „obudowa", „przeszkoda" (np. barierka, łańcuch, linka) i „przegroda" (np. ścianka, blacha, osłona siatkowa spełniająca określone wymagania). Obudowa daje pełną ochronę przed dotykiem bezpośrednim z dowolnej strony. Przegroda stanowi ochronę ze wszystkich ogólnie dostępnych stron a przeszkoda tylko przed niezamierzonym dotykiem bezpośrednim a nie chroni przed dotykiem bezpośrednim spowodowanym działaniem rozmyślnym. Należy zwrócić szczególną uwagę na nowe pojęcie „zespolona instalacja uziemiająca". Ten przypadek występuje przy połączeniu wzajemnym kilku blisko położonych instalacji uziemiających. Ma to miejsce np. w gęsto zabudowanych terenach miejskich lub w wielkich zakładach przemysłowych.W normie występują dwa pokrewne terminy: „rozdzielnia" i „rozdzielnica". Rozdzielnia jest to instalacja usytuowana na obszarze ruchu elektrycznego, połączona z siecią i będąca w eksploatacji, a w skład jej wchodzą aparaty rozdzielcze, przewody, konstrukcje, wyposażenie pomocnicze itp. Natomiast rozdzielnica jest to urządzenie, wyrób fabryczny przeznaczony do zainstalowania na stacji. Rozdział 3. Wymagania podstawowe W rozdziale zostały zamieszczone, sformułowane w ogólny sposób, podstawowe wymagania stawiane 6 urządzeniom i instalacjom. Są one ujęte w kolejnych podrozdziałach. Wymagania elektryczne: sposoby uziemienia punktu neutralnego, wymagania napięciowe oraz dotyczące prądu w normalnych warunkach pracy i prądu zwarciowego, częstotliwość znamionowa, ulot i zakłócenia radioelektryczne. W normie przeoczono (zgodnie z HD) uziemienie punktu neutralnego przez rezystor. Przypadek ten został uwzględniony w IEC 61936-1. Wśród wymagań elektrycznych nie uwzględniono także spraw dotyczących pola elektrycznego i magnetycznego. Są one brane pod uwagę w nowelizacji tekstu IEC 61936. Wymagania mechaniczne: podano ogólnie obliczeniowe przypadki obciążenia normalnego oraz wyjątkowego; określono bliżej poszczególne przypadki, możliwe przykładowe kombinacje obciążeń normalnych: naciągiem, sadzią i wiatrem oraz obciążenia wyjątkowe: siły łączeniowe, siły w przewodach przy zwarciu i siły występujące przy zerwaniu przewodu. Zwrócono uwagę na zagrożenie drganiowe. Podano ogólne zasady wymiarowania konstrukcji wsporczych. Warunki klimatyczne i środowiskowe: podano je dla instalacji wnętrzowych i napowietrznych w zakresie temperatury otoczenia, wilgotności i opadów, promieniowania słonecznego oraz zabrudzenia. Te ostatnie odnoszą się w szczególności do izolatorów zainstalowanych napowietrznie. Wymagania specjalne: obejmują one instalacje usytuowane na wysokościach ponad 1000 m n.p.m. (dopuszczalne prądy, odstępy izolacyjne), zagrożenia ze strony małych zwierząt i mikroorganizmów, poziomu hałasu (odwołanie do norm krajowych i ISO). Podano także wymagania dotyczące urządzeń i instalacji dla terenów gdzie występuje zagrożenie sejsmiczne. Konkretyzacja wymagań ogólnych podanych w rozdziale 3 przeprowadzana jest w różny sposób. Pewne wymagania szczegółowe są określone w innych rozdziałach normy PN-E-05115 (np. odstępy izolacyjne w rozdziale 4), w innych normach (np. obciążenie sadzią w PN-E-05100-1), lub w rozporządzeniach administracyjnych (np. Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 13.5.1998 r. w sprawie poziomów hałasu w środowisku). Mogą one być ustalone także we wskazówkach lub wytycznych projektowania albo na drodze uzgodnień z użytkownikiem instalacji. Te ostatnie uzgodnienia poszerzają zakres negocjacji pomiędzy inwestorem i projektantem w stosunku do dotychczasowej praktyki. Wreszcie wymagania podstawowe stawiają przed projektantem i wykonawcą instalacji zadania, które maja oni zrealizować zgodnie z zasadami wiedzy technicznej. Rozdział 3 nie wprowadza ważnych zmian do zasad przyjętych w obecnej praktyce projektowania, natomiast daje przejrzysty i czytelny ich obraz. Rozdział 4. Izolacja Ustalenia dotyczące koordynacji izolacji opierają się na normach europejskich (zgodnych z IEC), wydanych w Polsce jako PN-EN 600711:1999 oraz PN-EN 60071-2:2000. W dokumencie HD wprowadzono jednakże pewne odstępstwa w oparciu o praktykę europejską. Wymagania są ujęte w pięciu podrozdziałach. Wybór poziomu izolacji. Dla stosowanych napięć nominalnych sieci podane są w tablicy 1 wg PN-EN 60071-1 znormalizowane wartości najwyższego napięcia urządzeń Um oraz odpowiadające im znamionowe wytrzymywane napięcia udarowe piorunowe (Lightning Impulse Withstand Voltage, LIWV) i wytrzymywane napięcia udarowe łączeniowe (Switching Impulse Withstand Voltage, SIWY), definiujące poziom izolacji. Zwykle dla określonego napięcia Um wprowadzono kilka znormalizowanych napięć wytrzymywanych, a zatem zachodzi potrzeba wybrania dla instalacji jednej z tych wariantowych wartości, czyli wyboru poziomu izolacji. Zalecenia w tym względzie są podane w normie. Istotnym elementem tego wyboru jest sposób uziemiania punktu neutralnego sieci. Dla potrzeb krajowych pomocne są Wskazówki wydane przez PSE S.A. i PTPiRE. Sprawdzenie wartości wytrzymywanych. Wymagana wytrzymałość elektryczna urządzeń powinna być potwierdzona w badaniach elektrycznych (atest). Nie są one jednak konieczne, w przypadku instalacji jeżeli zachowane są minimalne odstępy w powietrzu, podane w normie. Budowa instalacji w oparciu o minimalne odstępy jest powszechną praktyką gdyż przeprowadzanie badań elektrycznych dużych instalacji zwykle nie jest 7 technicznie możliwe, a zawsze kosztowne. Minimalne odstępy od części czynnych. Zostały one określone dla instalacji el. en. wg PN-EN 60071-2. Dla napięć nominalnych sieci od 3 kV do 220 kV w zależności od przyjętej znormalizowanej wartości LIWV, przy założeniu niekorzystnego układu elektrod i odnoszą się zarówno do izolacji międzyfazowej i doziemnej. Dla wyższych napięć nominalnych sieci minimalne odstępy uzależnione na ogół od przyjętych znormalizowanych wartości SIWV i są różne dla izolacji doziemnej i międzyfazowej oraz podane dla dwóch wariantów konfiguracji elektrod, korzystnego i niekorzystnego. W niektórych, nielicznych przypadkach wymiarujące są przepięcia piorunowe. Nie uwzględniono ich w PN-E-05115 (zgodnie z HD), ale zostały wprowadzone w IEC 61936-1. Zalecone odstępy zestawiono w tablicy 2. Minimalne odstępy w powietrzu od części czynnych stanowią podstawowy składnik odległości bezpiecznych dla obsługi instalacji, omówionych w rozdziale 6. Człowiek znajduje się na potencjale ziemi, a stąd miarodajne są odstępy doziemne; względy bezpieczeństwa wymagają założenia niekorzystnego układu elektrod, te odstępy oznaczono literą N. Należy zwrócić uwagę na odstęp dla napięcia nonimalnego 1 1 0 kV: w PN-E-05115 w oparciu o opinie Instytutu Energetyki dopuszczono generalne stosowanie odstępu 900 mm, podczas gdy wg HD 637 S1 odstęp o tej wartości stosowany jest tylko w rzadko występujących specjalnych przypadkach. Wartości LIWV i SIVW podane w tablicy wybrano z wartości podanych w normie w oparciu o „Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji" wydane przez PSE S.A., w 2001 r. Dla napięcia 220 kV podano dodatkowo wariant ostrzejszy. Minimalne odstępy miedzy częściami w warunkach szczególnych. Dla tych warunków zaliczono odstępy przy wychylę pod wpływem sił zwarciowych, pod wpływem wiatru i w innych przypadkach specjalnych. Przykładowe przypadki: opozycja faz 120% wychył zwarciowy 50% wychył wiatrowy 75% Przebadane strefy przyłączenia. Zwykle odstępy doziemne i międzyfazowe w produkowanych urządzeniach (aparatach) są mniejsze od minimalnych odstępów podanych w normie. Wobec tego odstępy w strefie przyłączenia przewodów do tych urządzeń powinny być sprawdzone podczas badań wytrzymałości elektrycznej urządzeń. Znormalizowane poziomy izolacji wg PN-EN 60071-1:1999 1 kV < Um < 245 kV Znormalizowane krótkotrwałe Znormalizowane Najwyższe napięcie urządzenia wytrzymywane napięcie o wytrzymywane napięcie Um kV (skut.) częstotliwości sieciowej kV udarowe piorunowe kV (max) (skut,) 7,2 20 40 60 17,5 38 75 95 123 (185) 230 450 550 (275) (650) (325) (750) 8 245 360 850 395 950 460 1050 Um > 245 kV Najwyższe napięcie urządzenia Um kV (skut.) Znormalizowana wytrzymałość na udary łączeniowe doziemne kV (max) międzyfazowe kV (max) Znormalizowane wytrzymywane napięcie udarowe piorunowe kV (max) 420 850 1360 1050 1175 950 1425 1175 1300 1050 1575 1300 1450 Tablica 2 Minimalne odstępy w powietrzu wg PN-E-05115:2002 (zalecane) zakres napięciowy 6 - 220 kV Napięcie nominalne Un kV Najwyższe napięcie kV urządzenia Um Znamionowe napięcie wytrzymywane udarowe kV piorunowe LIWV Minimalny odstęp doziemny i mm międzyfazowy (N) 6 10 15 20 30 110 220 7,2 12 17,5 24 36 123 245 60 75 95 125 170 450 850 (950) 120/150 160 220 320 900 1700 (1900) 90/1 20X) Najmniejszy odstęp mm 90/ X) 115/130 160 190/220 260/320 800/920 -/1850 wgPBUE X) odstęp dla instalacji wnętrzowej / odstęp dla instalacji napowietrznej zakres napięciowy 380 kV (400 kV) Napięcie nominalne sieci Un Najwyższe napięcie urządzenia Um Znamionowe napięcie wytrzymywane udarowe piorunowe LIWV Znamionowe napięcie wytrzymywane udarowe łączeniowe SIWV doziemne Znamionowe napięcie wytrzymywane udarowe łączeniowe SIWV, międzyfazowe Minimalny odstęp doziemny przewód-konstrukcja / prętkonstrukcja (N) kV 380 kV 420 kV 1300 kV 950 kV 1425 mm 2400/2900 9 Minimalny odstęp międzyfazowy przewód-przewód równoległy / pręt-przewód mm 3100/3600 Odstęp wg instrukcji z 1 984 r. F-Z / F-F mm 3050/3500 10 Rozdział 5. Urządzenia Rozdział zawiera podstawowe wymagania dotyczące wyboru urządzeń i sposobu ich zainstalowania. Nie wnoszą one istotnych nowości do obecnej praktyki projektowej. Wymagania ogólne: zgodność z odpowiednimi normami, ogólne spełnienie wymagań elektrycznych, mechanicznych, technologicznych i środowiskowych oraz bezpieczeństwo personelu i łatwość konserwacji. Wymagania szczegółowe: (wymieniono poniżej najistotniejsze ustalenia): • łączniki - wskaźniki położenia, napędy, blokady; • transformatory i dławiki, bezpieczeństwo pożarowe, ograniczenie poziomu hałasu, zanieczyszczenie wód; • rozdzielnice gazowe; • przekładniki - uziemienie obwodów wtórnych, parametry pomiarowe; • ograniczniki przepięć-bezpieczeństwo obsługi; • kondensatory - dobór napięcia znamionowego, rozładowanie; • dławiki zaporowe w.cz.; • izolatory - charakterystyka pracy w warunkach zabrudzeniowych; • kable i przewody izolowane: zostały uwzględnione szczególnie szeroko ze względu na sieci wewnętrzne zakładów przesyłowych. Wymagania dotyczą połączeń kablowych wewnątrz instalacji el. en., ze szczególnym uwzględnieniem zasilania urządzeń dźwigowych, ruchomych lub przenośnych; podano ogólne zasady projektowania i budowy połączeń kablowych jak nagrzewanie, skrzyżowania i zbliżenia, napięcia indukowane podczas zwarcia, instalowanie, promień gięcia, obciążenia rozciągające, głowice i mufy; w Polsce szczegółowe ustalenia podaje PN76/E-05125 "Ełektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa"; • przewody i osprzęt - przewody sztywne i giętkie, dobór na warunki zwarciowe, pewność złączek; • maszyny wirujące - bezpieczeństwo personelu, chłodzenie, zabezpieczenia; • przekształtniki statyczne - bezpieczeństwo ludzi, chłodzenie, oddziaływania magnetyczne, zabezpieczenia. Rozdział 5 kończy część referatu obejmującą wymagania podstawowe dla urządzeń i instalacji. 11 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV w świetle postanowień normy PN-E-05115:2002 Część II. Wymagania szczegółowe dla instalacji oraz środki bezpieczeństwa i układy pomocnicze. Spis treści Wprowadzenie ................................................................................................................................................. 12 Rozdział 6 - Instalacje ..................................................................................................................................... 12 Podstawowe wielkości determinujące rozwiązanie instalacji .......................................................................... 12 Instalacje napowietrzne otwarte .......................................................................................................................... 24 Instalacje wnętrzowe otwarte .............................................................................................................................. 27 Drogi transportowe ............................................................................................................................................... 27 Wymagania dotyczące budynków ....................................................................................................................... 29 Instalowanie prefabrykowanych rozdzielnic osłoniętych, poddawanych próbie typu .................................. 31 Stacje słupowe i wieżowe .................................................................................................................................... 32 Rozbudowa instalacji istniejących ...................................................................................................................... 33 ROZDZIAŁ 7 - ŚRODKI BEZPIECZEŃSTWA........................................................................................ 33 Ochrona przed dotykiem bezpośrednim ............................................................................................................ 33 Ochrona w przypadku dotyku pośredniego ....................................................................................................... 33 Ochrona ludzi pracujących przy instalacjach elektrycznych ........................................................................... 33 Ochrona przed zagrożeniem łukiem elektrycznym ........................................................................................... 34 Ochrona przed bezpośrednim uderzeniem pioruna .......................................................................................... 34 Ochrona przeciwpożarowa .................................................................................................................................. 35 Ochrona przed wyciekiem cieczy elektroizolacyjnych i SF6 ............................................................................ 39 Identyfikacja i oznaczanie .................................................................................................................................... 41 Rozdział 8 - Instalacje pomocnicze i systemy sterowania........................................................................... 42 Systemy sterowania i nadzoru ............................................................................................................................ 42 Obwody zasilania prądem przemiennym i stałym ............................................................................................. 42 Instalacje sprężonego powietrza ......................................................................................................................... 43 Urządzenia gospodarki gazowej SF6 .................................................................................................................. 43 Podstawowe zasady kompatybilności elektromagnetycznej obwodów sterowania ..................................... 43 PODSUMOWANIE ........................................................................................................................................ 44 12 Wprowadzenie Zagadnienia dotyczące szczegółowych wymagań dla instalacji elektroenergetycznych wysokiego napięcia, środków bezpieczeństwa i instalacji pomocniczych oraz systemów sterowania zawarte są w trzech kolejnych rozdziałach normy PN-E-05115. Są to następujące rozdziały: • Rozdział 6. Instalacje. • Rozdział 7. Środki bezpieczeństwa. • Rozdział 8. Instalacje pomocnicze i systemy sterowania. Informacje ujęte w tych rozdziałach pozwalają na tworzenie układów technologicznych stacji i rozdzielni elektroenergetycznych w sposób zapewniający bezpieczeństwo ludzi i urządzeń oraz gwarantujący poprawność ich funkcjonowania zarówno w stanach normalnych jak i podczas zakłóceń. W prezentowanym omówieniu treści normy zwrócono szczególną uwagę na najistotniejsze aspekty mające bezpośredni wpływ na kształt rozwiązań instalacji wysokiego napięcia, przedstawiając je na tle dotychczas obowiązujących wymogów. Można przypuszczać, że ten sposób przybliżenia nowych treści i zaleceń ułatwi ich zrozumienie i utrwalenie, a w przyszłości zaowocuje powstaniem funkcjonalnych i przyjaznych w użytkowaniu obiektów energetycznych. Przed przystąpieniem do zapoznawania się z postanowieniami normy warto zwrócić jeszcze uwagę na sposób ujęcia zagadnień, zasadniczo różniący się od form stosowanych dotychczas w polskich przepisach. Można napotkać przypadki sformułowań bardzo ogólnikowych, o treści „należy wziąć pod uwagę", „należy uwzględnić". Jest to czasem konieczność pozwalająca na stosowanie szczegółowych rozwiązań charakterystycznych tylko dla niektórych krajów, ale także odzwierciedlenie nowego charakteru normalizacji. Współczesna norma nie jest już zbiorem gotowych, ustalonych raz na zawsze rozwiązań wyrażonych w postaci liczb, wzorów, czy wręcz przykładowych rysunków. Norma nie daje szczegółowych wskazówek technicznych we wszystkich obszarach projektowania instalacji. Pewne zagadnienia mogą być ujęte w innych normach, czy też wytycznych projektowania. Są także zagadnienia, które projektant musi rozwiązać sam zgodnie z posiadaną znajomością tematu i na własną odpowiedzialność. Jedynie zasady o charakterze podstawowym i uniwersalnym, aktualne niezależnie od miejsca lokalizacji instalacji w systemie energetycznym, zostały wyrażone w sposób dający się bezpośrednio przenieść do projektowanej instalacji. Niejednokrotnie występują w normie zalecenia uzgadniania pewnych zagadnień pomiędzy dostawcą (producentem urządzenia, projektantem instalacji), a użytkownikiem (przedstawicielem przyszłej eksploatacji, inwestorem). Mając to wszystko na uwadze można z całą odpowiedzialnością powiedzieć, że idealne rozwiązanie może powstać tylko wtedy, gdy instalacja jest wspólnym dziełem projektanta i przyszłego użytkownika. Rozdział 6 - Instalacje Rozdział 6 normy PN-E-05115 noszący tytuł „Instalacje" określa zasadnicze wymagania zarówno dla otwartych instalacji napowietrznych i wnętrzowych, jak i instalowania rozdzielnic zmontowanych fabrycznie, z uwzględnieniem szczególnych zagadnień dotyczących rozdzielnic gazowych w osłonach metalowych. W rozdziale tym ujęto także wymagania odnoszące się do budynków dla instalacji wnętrzowych. W tym miejscu należy zauważyć, że w Polsce, w odniesieniu do zagadnień związanych z eksploatacją obowiązuje „Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 września 1999 roku w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych" i jest ustanowiona norma PN-EN 50110-1 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych". Postanowienia tych dokumentów są uzupełnieniem normy PN-E05115. Podstawowe wielkości determinujące rozwiązanie instalacji Układ instalacji wysokiego napięcia jest charakteryzowany przez wielkości, których zbiorcze zestawienie zostało przedstawione poniżej w tablicy 1. 13 Tablica l Oznaczenie N B O C, E T H H’ Określenie Minimalne odstępy podstawowe, służące do określania odstępów i odległości wymaganych w poszczególnych przypadkach: jest to odstęp doziemny, wyznaczany dla niekorzystnego układu elektrod, dla przepięć piorunowych dla napięć w zakresach A i B, a przepięć łączeniowych w zakresie C Odstęp przegrody Odstęp przeszkody Odstęp ogrodzenia zewnętrznego instalacji napowietrznej Odległość zbliżenia dla pojazdów (transport) Wysokość minimalna nad terenem dostępnym (na terenie zamkniętego obszaru ruchu elektrycznego) Wysokość minimalna ponad powierzchnią dostępną przy ogrodzeniu zewnętrznym Wartość Podane w rozdziale 4 normy (tablice 1, 2, 3). B1 = N dla ścianek pełnych B2 = N + 100 mm dla siatek drucianych, przy stopniu ochrony IP1XB, dla napięć Um > 52 kV B3 = N + 80 mm dla siatek drucianych, przy stopniu ochrony IP2X, dla napięć Um <52 kV O, = N + 200 mm (min. 500 mm) dla przeszkód w instalacjach wnętrzowych O2 = N + 300 mm (min. 800 mm) dla przeszkód w instalacjach napowietrznych C = N + 1000 mm dla ścianki pełnej E = N + 1500 mm dla siatki drucianej T= N + 100 mm H = N + 2250 mm (min. 2500 mm) H = 4300 mm dla napięć Um <52 kV H = N + 4500 (min. 6000 mm) dla napięć Um > 52 kV Dla przypomnienia: • przegroda - element zapewniający ochronę przed dotykiem bezpośrednim ze wszystkich ogólnie dostępnych stron, • przeszkoda - element chroniący przed niezamierzonym dotykiem bezpośrednim, lecz nie chroniący przed dotykiem bezpośrednim spowodowanym działaniem rozmyślnym. Przedstawione w tablicy 1 dane należy uzupełnić o wymagania w zakresie najmniejszej dopuszczalnej wysokości zawieszenia przewodów wysokiego napięcia nad terenem ogólnodostępnym oraz wielkości stref dla prac pod napięciem i w pobliżu napięcia. Pierwszą wielkość znajdziemy w Polskiej Normie PN-E05100-1 „Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi." Jeżeli zaś chodzi o strefy prac pod napięciem i w pobliżu napięcia, określane też jako Dvi DL, to definiuje je Polska Norma PN-EN 50110-1 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych" i „Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 września 1999 roku w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych". Przy czym oznaczenia Dv i DL występują tylko w normie. Podane w wymienionych dokumentach wartości różnią się między sobą, z tym, że wartości wymagane przez „Rozporządzenie ..." są większe lub równe tym, jakie podano w normie. Istotę wymienionych wielkości przedstawia zamieszczony poniżej rysunek 1. 14 15 Dopełnienie tablicy 1 w zakresie danych mających wpływ na kształt instalacji stanowi zamieszczona poniżej tablica 2, Tablica 2 Oznaczenie Określenie Najmniejsze dopuszczalne odległości pionowe przewodów elektroenergetycznych linii napowietrznych od poziomu ziemi wg PN-E05100-1 Odstęp w powietrzu, wyznaczający zewnętrzną granicę strefy prac pod napięciem Wartość 5+U/150 [m] gdzie U oznacza napięcie znamionowe linii w kilowoltach Wg Polskiej Normy PN-EN 50110-1 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych" i „Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 1 7 września Odstęp w powietrzu wyznaczający 1999 roku w sprawie zewnętrzną granicę strefy w pobliżu Dv bezpieczeństwa i higieny pracy napięcia przy urządzeniach i instalacjach energetycznych". Mając już zdefiniowane wszystkie wielkości, które pozwalają konstruować instalację wysokiego napięcia można przystąpić do wyznaczania ich wartości liczbowych w odniesieniu do poszczególnych poziomów napięć. W pierwszej kolejności należy dobrać właściwy odstęp doziemny N. Odpowiednie wielkości znajdują się w tablicach ujętych w 4 rozdziale normy PN-E-05115. Rozstrzygnięć wymaga także, wysokość minimalna ponad powierzchnią dostępną przy ogrodzeniu zewnętrznym oraz strefy Dv i DL. W przypadku instalacji napowietrznych otwartych nie można pominąć zagadnień dotyczących zmniejszenia minimalnych odległości zbliżenia wskutek opadów śniegu na powierzchnie dostępne. Jeżeli chodzi o wysokość minimalną ponad powierzchnią dostępną przy ogrodzeniu zewnętrznym, to należy zauważyć, że zaraz po przekroczeniu przez przewody tego ogrodzenia, będą obowiązywały postanowienia normy PN-E-05100-1 „Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi." Aby uzyskać poprawne rozwiązanie należy porównać minimalne wysokości części czynnych nad dostępną powierzchnią według normy PN-E-05115 i najmniejsze dopuszczalne odległości pionowe przewodów elektroenergetycznych linii napowietrznych od poziomu ziemi określone w normie PN-E-05100-1 i wybrać wymagania ostrzejsze. Zestawienie omawianych wielkości i propozycję wyboru przedstawia zamieszczona poniżej tablica 3. DL 16 Tablica 3 UN [kV] Zalecana wysokość Wartości zgodne umieszczenia przewodów Wartości zgodne z z PN-E-05100-1 przy przekraczaniu PN-E-05115 [mm] [mm] ogrodzenia zewnętrznego instalacji [mm] 6 4300 5040 5040 10 4300 5067 5067 15 4300 5100 5100 20 4300 5133 5133 30 4300 5200 5200 110 6000 5733 6000 220 6400 6467 6467 380 (400) 7400 7667 7667 Jak już wcześniej wspomniano, strefy prac pod napięciem i w pobliżu napięcia, definiuje Polska Norma PN-EN 50110-1 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych" i „Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 września 1999 roku w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych". Biorąc pod uwagę, że obydwa te przepisy stawiają różne wymagania, powstaje konieczność wyboru. Zestawienie wymaganych wartości przedstawia zamieszczona poniżej tablica 4. Tablica 4 UN DL Dv PN-EN 501 10- „Rozporządzenie .. „ PN-EN 501 10- „Rozporządzenie .. 1 1 „ [kV] [mm] [mm] [mm] [mm] 6 120 600 1120 1400 10 150 600 1150 1400 15 160 600 1160 1400 20 220 600 1220 1400 30 320 600 1320 1400 110 1100 1100 2100 2100 220 2100 2500 4100 4100 380 (400) 3400 3500 5400 5400 Wyznaczając strefy prac pod napięciem i w pobliżu napięcia należy uwzględniać ostrzejsze wymagania. W tym wypadku są to wymagania „Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 17 września 1999 roku w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych". Teraz pozostaje jeszcze do określenia minimalna wysokość części czynnych nad dostępnym terenem dla instalacji napowietrznych otwartych. Wysokość ta, zgodnie z postanowieniami normy PN-E-05115 17 powinna być odpowiednio zwiększona wskutek opadów śniegu na powierzchnie dostępne. W „Komentarzu do normy PN-E-05115" zaproponowano, aby dla terenu całej Polski przyjmować, uśrednioną wartość grubości warstwy śniegu, jako wynoszącą 250 mm. Minimalną wysokość do najniższej części izolatora określaną w normie jako nie mniejszą niż 2250 mm, zaleca się także zwiększyć o grubość warstwy śniegu wynoszącą 250 mm. Wtedy minimalna wysokość do najniższej części izolatora powinna wynosić 2500 mm i będzie zgodna z dotychczasową praktyką projektową. Porównanie minimalnych wysokości nad dostępnym terenem dla instalacji napowietrznych umieszczonych wewnątrz zamkniętych obszarów ruchu elektrycznego przedstawia zamieszczona poniżej tablica 5. Tablica 5 Minimalna wysokość według Wartości stosowane dotychczas na UN PN-E-05115 z podstawie PBUE i instrukcji uwzględnieniem warstwy [kV] projektowych [mm] śniegu [mm] 6 2910 2750 10 2910 2750 15 2910 2750 20 2910 2750 30 2910 2820 110 3420 3400 220 4350 4400 380 (400) 5550 5400 Jak widać różnice nie są zbyt duże i instalacje zaprojektowane zgodnie z wymaganiami normy PNE-05115 nie powinny pociągać za sobą konieczności zmian w dotychczasowych procedurach eksploatacyjnych. Pełny zestaw wartości liczbowych wielkości determinujących kształt instalacji wysokiego napięcia, wraz z porównaniem z wybranymi wartościami określanymi dotychczas przez Przepisy Budowy Urządzeń Elektroenergetycznych i instrukcje projektowe, przedstawiono w zamieszczonej poniżej tablicy 6. 18 Tablica 6 UN[kV] 6 wn •) N 90 6 nap **) 150 90 10 wn 10 nap *) **) 15 20 30 110 220 380 (400) 120 150 160 220 320 900 1900 2900 x 115 x 160 190 260 800 X x X x x 130 160 220 320 920 1850 3050 90 150 120 150 160 220 320 900 1900 2900 x x x x x x x 1000 2000 3000 B3 170 230 200 230 240 300 400 X X x o, 500 x 500 x 500 500 520 1100 2100 3100 02 x 800 X 800 800 800 800 1200 2200 3200 C 1090 1150 1120 1150 1160 1220 1320 1900 2900 3900 E 1590 1650 1620 1650 1660 1720 1820 2400 3400 4400 T 190 250 220 250 260 320 420 1000 2000 3000 H wn*) 2500 X 2500 x 2500 2500 2750 3150 4150 5150 2750 x 2750 2750 2750 2820 3400 4400 5400 X 2500 x 2500 2500 2550 3100 X x 2910 x 2910 2910 2910 2910 3420 4350 5550 5040 600 X 600 5067 600 5100 600 5133 600 5200 600 6000 110 6467 2500 7667 3500 1400 1400 1400 1400 1400 1400 2100 4100 5400 Dotychczas *) Dotychczas **) 1 B, '== B2 H nap **) x ***) Dotychczas 2500 *) Dotychczas x **) mSiSSSSSS H' X SSSSm DL 600 DV 1400 *) instalacja wnętrzowa **) instalacja napowietrzna ***) uwzględniono grubość warstwy śniegu 19 8 Mając już zebrane wszystkie niezbędne wielkości można przystąpić do wyznaczania stref ochronnych dla konkretnych rozwiązań Na wstępie przypomnienie jak to zagadnienie wyglądało dotychczas. 20 21 22 Rozwiązania ochrony przed dotykiem bezpośrednim oraz minimalnych odstępów i wysokości zgodnie z normąPN-E-05115 przedstawiają rysunki 5, 6 i 7 zamieszczone poniżej. Przegroda 23 24 Instalacje napowietrzne otwarte Zagadnienia dotyczące odstępów i minimalnych wysokości zostały przedstawione powyżej, przy omawianiu podstawowych wielkości wymiarujących instalację wysokiego napięcia. W tym miejscu należy tylko zwrócić uwagę na wymogi dotyczące odstępów od budynków znajdujących się na terenie instalacji. Zgodnie z dotychczas obowiązującymi wymaganiami PBUE, odległości poziome części znajdujących się pod napięciem od budynków stacyjnych nie powinny być mniejsze niż przedstawione poniżej w tablicy 7. Tablica 7 Napięcie znamionoweNajmniejsza odległość [mm] [kV] 40 i niżej 2000 60 2000 110 2500 220 4000 Norma PN-E-05115 poświęca odstępom od budynków znacznie więcej miejsca. Rozpatrywane są zarówno przypadki krzyżowania budynków przez przewody jak i zbliżenia przewodów do budynków. Szczegóły wymagań przedstawia zamieszczony poniżej rysunek 8. 25 26 27 Instalacje wnętrzowe otwarte Podobnie jak dla instalacji napowietrznych otwartych zagadnienia dotyczące odstępów i minimalnych wysokości zostały przedstawione wcześniej, przy omawianiu podstawowych wielkości wymiarujących instalację wysokiego napięcia. Należy pamiętać, że w przypadku instalacji wnętrzowych przy określaniu minimalnej wysokości nad dostępnym terenem i minimalnej wysokości do najniższej części izolatora nie uwzględnia się grubości warstwy śniegu. Porównanie minimalnej wysokości nad dostępnym terenem w instalacji wnętrzowej określonej na podstawie postanowień normy PN-E-05115 z wartościami dotychczas przyjmowanymi w oparciu o PBUE przedstawia zamieszczona poniżej tablica 8. Tablica 8 UN [kV] 6 Wartości stosowane dotychczas na podstawie PBUE [mm] Minimalna wysokość według PN-E-05115 [mm] 2500 2500 10 2500 2500 15 2500 2500 20 2500 2500 30 2550 2750 110 3100 3150 220 - *) 4150 380 (400) - *) 5150 *) Przepisy nie obejmowały takiego przypadku i w nielicznych zrealizowanych obiektach stosowano wysokości jak dla rozwiązań napowietrznych. **) Przepisy nie obejmowały takiego przypadku. Minimalne wysokości nad dostępnym terenem w zakresie napięć do 20 kV włącznie pozostają bez zmian w stosunku do wymagań stawianych przez PBUE. Dla napięć 30 kV i 110 kV wysokości ulegają zwiększeniu odpowiednio o 20 cm i 5 cm. W przypadku napięć 220 kV i 380(400) kV norma wprowadza uregulowania, których dotychczas nie było. Porównując wielkości z obydwu kolumn tablicy 8, należy stwierdzić, że nowe wartości są bądź takie same jak dotychczas, bądź nieznacznie zwiększone i nie będą miały istotnego wpływu na dotychczasową praktykę eksploatacyjną oraz nie wpłyną na podstawowe rozwiązania projektowe. Drogi transportowe Parametry dróg transportowych należy określać na podstawie wymagań środków transportu przyjętych przez przyszłego użytkownika do prowadzenia prac eksploatacyjnych. Jeżeli użytkownik nie zadeklaruje konkretnych środków transportu, należy przy doborze parametrów dróg przyjmować gabaryty i obciążenia określane jako maksymalne dla możliwych do zastosowania środków transportu. Należy także uwzględniać możliwość poruszania się pojazdów Straży Pożarnej i Pogotowia Ratunkowego. Wymagania dla odstępów zbliżenia przy transporcie zostały przedstawione na zamieszczonym poniżej rysunku 9. 28 Aby wyznaczyć rozmieszczenie części czynnych w sposób umożliwiający zachowanie minimalnej odległości zbliżenia dla pojazdów wynoszącej T=N+100 (min. 500 mm) należy uzgodnić z użytkownikiem, jakie mogą być maksymalne gabaryty pojazdu, który może się pojawić wewnątrz zamkniętego obszaru ruchu elektrycznego. Jeżeli pojazd taki nie jest określony to do wyznaczenia odległości zbliżenia może posłużyć gabaryt transportu stosowany w dotychczasowej praktyce projektowej. Gabaryt przedstawiono na zamieszczonym poniżej rysunku 10. 29 Wymagania dotyczące budynków Wymagania PBUE w zakresie budynków stawiały następujące, najistotniejsze wymagania: • wykonywanie pomieszczeń dla urządzeń elektrycznych z elementów niepalnych, • zapewnienie, aby długość drogi wyjścia z dowolnego miejsca rozdzielni nie byłs większa niż 10 m w przypadku stosowania wyłączników olejowych i nie była większa niż 20 m w przypadku stosowania innych wyłączników. W PBUE były także określone minimalne szerokości korytarzy. Wielkości te przypomina załączona poniżej tablica 9. Tablica 9 Rodzaj korytarza Szerokość korytarza w [mm] Przy długości Przy długości korytarza do 7 m korytarza powyżej 7 m Korytarz nadzoru 800 1000 Jednostronne rozmieszczenie Korytarz obsługi 1000 1200 urządzeń Dwustronne rozmieszczenie urządzeń Korytarz nadzoru 1000 1200 Korytarz obsługi 1200 1500 Wśród wymagań określonych w PN-E-05115, a dotyczących budynków, w których mają być zainstalowane urządzenia wysokiego napięcia należy wyróżnić konieczność: • stosowania na części przenoszące obciążenie materiałów niepalnych, • uwzględniania przy wyznaczaniu wytrzymałości mechanicznej, obciążeń statycznych i dynamicznych wynikających z normalnej eksploatacji, • projektowania okien w sposób utrudniający możliwość wejścia osób nieupoważnionych, • kotwienia do ścian dachów będących jednocześnie stropami ze względu na możliwość występowania nadciśnienia, • uwzględniania przy wymiarowaniu pomieszczeń i otworów do odprowadzania ciśnienia, wymogów określonych przez producentów rozdzielnic, • stosowania przejść o szerokości, co najmniej 800 mm i nie zmniejszania ich przez urządzenia wystające na przejście np. wózki aparatów w pozycji odłączenia, • uwzględniania minimalnej szerokości przestrzeni ewakuacyjnej wynoszącej 500 mm, • rozplanowania wyjść w taki sposób, aby długość trasy ucieczki nie przekraczała 40 m dla napięć znamionowych Um powyżej 52 kV i 20 m dla napięć znamionowych do Um = 52 kV, 30 • zamykania drzwi przedziałów rozdzielnicy w kierunku drogi ewakuacyjnej. Przykład zawężania przejścia przez wózek do transportu członu ruchomego przedstawia załączony poniżej rysunek 11. 31 Instalowanie prefabrykowanych rozdzielnic osłoniętych, poddawanych próbie typu W PBUE wymagania dla rozdzielni osłoniętych były bardzo ograniczone i sprowadzały się do stwierdzenia, iż należy w takim przypadku stosować wybrane postanowienia przepisów odnoszące się do stacji i rozdzielni wnętrzowych. Chodziło tu głównie o szerokości korytarzy. Norma PN-E-05115 poświęca prefabrykowanym rozdzielniom osłoniętym znacznie więcej informacji. Wynika to przede wszystkim z faktu, że w ostatnim czasie rozdzielnie osłonięte stały się bardzo popularne i w zakresie średnich napięć praktycznie całkowicie wyparły rozwiązania otwarte. Najistotniejsze wymagania dla rozdzielni osłoniętych, to: • poddawanie próbie typu całego wyrobu i brak konieczności stosowania odstępów określonych w rozdziale 4 normy, • zapewnienie możliwości rozbudowy, koniecznej np. przy wzroście zapotrzebowania na moc, • stosowanie urządzeń chroniących przed nadmiernym ciśnieniem w sposób nie zagrażający obsługującemu personelowi. Odrębne zagadnienie w ramach rozdzielnic osłoniętych stanowią rozdzielnice gazowe. W tym przypadku pojawiają się nowe wymagania, z których najistotniejsze, to: • zapewnienie bezpiecznego dostępu dla obsługi, • zachowanie odpowiednich warunków podczas montażu, aby zanieczyszczenia nie dostały się do przestrzeni wypełnionych gazem, • zastosowanie odpowiedniej ochrony przed przepięciami, • wykonanie właściwej instalacji uziemiającej. W przypadku rozdzielni gazowych należy pamiętać, że ochroną od przepięć należy objąć nie tylko poszczególne aparaty, ale całą instalację izolowaną gazem. Projektując ochronę od przepięć rozdzielni gazowych i przylegających urządzeń wysokiego napięcia należy rozpatrywać dwa zasadnicze przypadki: 1. Mała rozdzielnia o budowie zwartej (praktycznie dotyczy to rozdzielni o układzie schematowym typu H), 2. Rozdzielnia o dużych wymiarach geometrycznych. W pierwszym przypadku dla zapewnienia właściwej ochrony od przepięć wystarczające mogą być ograniczniki przepięć instalowane przy wprowadzeniach linii. W przypadku wprowadzania do rozdzielni gazowej linii napowietrznych ograniczniki przepięć powinny być zlokalizowane przy przepustach gaz/powietrze, a przy wprowadzaniu linii kablowych, w miejscach przechodzenia linii kablowych w napowietrzne. Dla rozdzielni o dużych wymiarach geometrycznych należy rozważyć zagadnienia odbicia fali przepięciowej od końców długich szyn zbiorczych, przepustów gaz/powietrze oraz otwartych odłączników. Lokalizację ograniczników przepięć należy w każdym przypadku rozpatrywać indywidualnie i powinna ona być wynikiem szczegółowych obliczeń. Do ochrony od przepięć rozdzielni gazowych mogą być stosowane zarówno ograniczniki przepięć typu otwartego jak i w osłonie metalowej, zintegrowane z samą rozdzielnią. Ograniczniki przepięć powinny być instalowane możliwie najbliżej chronionych urządzeń, a dla określenia szczegółowej ich lokalizacji należy wykorzystać wszelkie zalecenia producenta i ewentualnie wykonać analizę obliczeniową. Należy także stosować jak najkrótsze połączenia pomiędzy zaciskami uziemiającymi ograniczników przepięć a instalacją uziemiającą. Instalacja uziemiająca rozdzielni gazowej musi uwzględniać specyficzne zagadnienia i zjawiska związane z tego rodzaju rozwiązaniami. Należy tu zwrócić uwagę na: • zmniejszenie powierzchni stacji z rozdzielnią gazową do 10 h- 25 % powierzchnistacji w klasycznym rozwiązaniu napowietrznym, co skutkuje ograniczeniem powierzchni, na jakiej może być wykonana instalacja uziemiająca, • występowanie prądów wysokiej częstotliwości związanych z działaniem łączników oraz występowaniem zwarć doziemnych. Zmniejszenie powierzchni, na jakiej może być rozplanowana instalacja uziemiająca prowadzi do konieczności zagęszczania ciągów uziemiających i stosowania uziemiaczy pionowych. W publikacjach CIGRE można znaleźć propozycję stosowania w szczególnych przypadkach środków chemicznych do obniżenia rezystywności gruntu. Zwraca się jednak uwagę, że zgodnie z rozdziałem 9 normy PN-E-05115 (pkt. 9.3.1) nie zaleca się stosowania środków chemicznych zmniejszających rezystywność gruntu. 32 Prądy wysokiej częstotliwości powodują indukowanie napięć wysokiej częstotliwości na metalowych obudowach rozdzielni gazowej. Instalacja uziemiająca rozdzielni gazowej musi być zatem przystosowana do prądów o częstotliwości sieciowej jak i prądów wysokiej częstotliwości. Wpływ wymagań związanych z występowaniem prądów wysokiej częstotliwości na instalację uziemiającą przedstawiono w załączniku (normatywnym) E do normy PN-E-05115. Biorąc pod uwagę fakt, że rozdzielnie gazowe są lokalizowane w terenach zurbanizowanych, korzystnym rozwiązaniem będzie przyłączanie instalacji uziemiającej do zespolonej instalacji uziemiającej. Stacje słupowe i wieżowe Punkt ten dotyczy stacji słupowych i wprowadzenia linii do stacji wieżowych. W polskiej energetyce zagadnienia te praktycznie ograniczają się do napięć do 30 kV włącznie. Dotychczas zagadnienia związane z minimalną wysokością części czynnych ponad dostępną powierzchnię w przypadku stacji słupowych były regulowane przez postanowienia rozdziału III PBUE. W II 59 pkt. 3 podano, że jeżeli transformator jest ustawiony na słupie, należy go umieścić tak, aby odległość od ziemi do najniższej nieosłoniętej części urządzenia znajdującej się pod napięciem, nie była mniejsza niż 4 m (4000 mm). Zgodnie z postanowieniami niniejszej normy minimalna wysokość części czynnych ponad dostępną powierzchnię dla napięć Um do 52 kV powinna wynosić H' = 4300 mm. Mamy więc do czynienia ze wzrostem zalecanej wysokości o 300 mm w stosunku do dotychczasowej praktyki. W tej sytuacji zaleca się przyjmując nową wartość pomijać ewentualne zmniejszenie odległości wynikające z opadów śniegu. Jeżeli nie jest możliwe zachowanie wysokości 4300 mm do części czynnych, to wtedy stację słupową należy ogrodzić. Odrębne zagadnienie stanowi wprowadzanie linii napowietrznych zarówno do stacji słupowych jak i wieżowych. Tu należy stosować postanowienia Polskiej Normy PN-E-05100-1 „Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi". Zgodnie z tą normą najmniejsza dopuszczalna odległość pionowa przewodów elektroenergetycznych linii napowietrznych od poziomu ziemi powinna wynosić 5 + U/150 [m], gdzie U oznacza napięcie znamionowe linii w kilowoltach. Zestawienie minimalnych wysokości przewodów przy wprowadzaniu do stacji słupowych i wieżowych, dla napięć, dla których mogą występować tego rodzaju stacje przedstawia zamieszczona poniżej tablica 10. Tablica 10 UN [kV] 6 10 15 20 30 Minimalna wysokość przewodów [mm] 5040 5067 5100 5133 5200 33 Rozbudowa instalacji istniejących Norma PN-E-05115 dopuszcza, aby w przypadku rozbudowy istniejących instalacji stosować alternatywnie wymagania obowiązujące w czasie ich projektowania i budowy. A zatem instalacje rozbudowywane, jeżeli istnieje taka potrzeba, mogą zachowywać rozwiązania i wymiary wynikające z odstępów przyjętych w okresie, kiedy powstawały. Zasada ta może również obowiązywać w przypadkach modernizacji polegających na wymianie aparatury przy jednoczesnym zachowaniu elementów istniejących rozwiązań konstrukcyjnych. Dla warunków polskich regulacjami prawnymi, do których można wracać w przypadku obiektów istniejących, będzie rozdział III "Przepisów Budowy Urządzeń Elektroenergetycznych" zatytułowany „Stacje i Rozdzielnie Elektroenergetyczne" oraz praktyka projektowa, w tym także odpowiednie „Instrukcje projektowe". ROZDZIAŁ 7 - ŚRODKI BEZPIECZEŃSTWA Rozdział 7 normy PN-E-05115 noszący tytuł „Środki bezpieczeństwa" określa zasadnicze wymagania dla następujących zagadnień: • ochrona przed dotykiem bezpośrednim, • ochrona w przypadku dotyku pośredniego, • ochrona ludzi pracujących przy instalacjach elektrycznych, • ochrona przed zagrożeniem łukiem elektrycznym, • ochrona przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, • ochrona przeciwpożarowa, • ochrona przed wyciekiem cieczy elektroizolacyjnych i SF6, • identyfikacja i oznaczanie. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim Ochrona przed dotykiem bezpośrednim, to uniemożliwienie niezamierzonego dotknięcia części czynnych, lub niezamierzone dostanie się do niebezpiecznej strefy w pobliżu napięcia. Uznane są następujące typy ochrony: • ochrona za pomocą obudowy, • ochrona za pomocą przegrody, • ochrona za pomocą przeszkody, • ochrona za pomocą umieszczenia poza zasięgiem. Przegrodami mogą być pełne ściany, drzwi lub osłony (siatka z drutu) o minimalnej wysokości 1800 mm, zapewniające, że żadna część ludzkiego ciała nie może dosięgnąć niebezpiecznej strefy w pobliżu części czynnych. Przeszkodami mogą być zarówno przykrycia, poręcze, łańcuchy i liny, jak też ściany i drzwi oraz ekrany o wysokości mniejszej niż 1800 mm, które dlatego nie mogą być uważane za przegrody. Ochrona polegająca na umieszczeniu poza zasięgiem jest uzyskiwana przez umieszczenie części czynnych na zewnątrz strefy rozciągającej się od powierzchni, na której osoby zwykle mogą stać lub poruszać się, do granicy, do której można dosięgnąć rękami w dowolnym kierunku. Szczegóły rozwiązań zapewniających ochronę przed dotykiem bezpośrednim, zarówno dla wymagań obowiązujących dotychczas, jak i zgodnych z wymogami normy PN-E-05115 zostały przedstawione w ramach zaprezentowanego wcześniej omówienia rozdziału 6 normy PN-E-05115. Ochrona w przypadku dotyku pośredniego Środki, jakie należy zastosować dla ochrony ludzi w przypadku dotyku pośredniego przedstawia rozdział 9 normy PN-E-05115. Ochrona ludzi pracujących przy instalacjach elektrycznych Zgodnie z wymogami normy PN-E-05115 instalacje elektryczne powinny być tak zbudowane i zainstalowane, aby była zapewniona możliwość zastosowania środków koniecznych dla zapewnienia bezpieczeństwa ludzi pracujących przy tych instalacjach. Prace przy instalacjach elektrycznych mogą być wykonywane: • przy całkowicie wyłączonym napięciu, • w pobliżu napięcia • pod napięciem. 34 Omawiane zagadnienia dotyczą prac wykonywanych w stanie beznapięciowym. Należy jednak pamiętać, że ze względu na złożoną budowę instalacji najczęściej prace w stanie beznapięciowym obsługiwanego obiektu są prowadzone w sąsiedztwie napięcia pochodzącego od innych obwodów. Dla bezpieczeństwa ludzi wykonujących prace przy wyłączonym napięciu należy spełnić następujące warunki: • odłączyć instalację lub jej część, • zabezpieczyć przed ponownym załączeniem, • stwierdzić brak napięcia, • uziemić wyłączone urządzenia, • osłonić lub odgrodzić pobliskie części znajdujące się pod napięciem. Do zrealizowania tych warunków konieczne są odpowiednie urządzenia (np. odłączniki) oraz elementy (np. zaciski uziemiające). W przypadku, gdy nie ma odłączników liniowych konieczne jest odłączenie po drugiej stronie linii. Wymaga to szczególnej staranności w zapewnieniu takiego odłączenia. W tym przypadku dogodne jest stosowanie uziemników posiadających zdolność załączania na zwarcie. Odłączenie obejmuje wyłączenie oraz właściwe odłączenie za pomocą urządzeń zapewniających bezpieczną przerwę biegunową. Przerwę tę można uzyskać stosując: • odłącznik, • rozłącznik, • rozłącznik z bezpiecznikiem, • podstawę bezpiecznikową (przy wyjętych wkładkach bezpiecznikowych), • ruchomą część pola rozdzielnicy w położeniu odłączenia, • usuwalne połączenia szynowe i przewodowe. Każda część instalacji, która może być odłączona od pozostałej części układu powinna mieć możliwość uziemiania. Dla przechowywania prewencyjnego wyposażenia awaryjnego, takiego jak drążki izolacyjne, przyrządy do stwierdzenia stanu beznapięciowego, sprzęt do uziemiania i zwierania, kleszcze do wyjmowania bezpieczników, płyty izolacyjne, tabliczki ostrzegawcze itp. należy przewidzieć odpowiednie miejsce, zabezpieczające przed wilgocią zabrudzeniem i uszkodzeniem. Miejsce to powinno być łatwo dostępne. Ochrona przed zagrożeniem łukiem elektrycznym Jest to zagadnienie nowe, które w dotychczas obowiązujących przepisach nie było regulowane, ale w projektowaniu i budowie instalacji wysokiego napięcia było uwzględniane, głównie na podstawie literatury i wymagań producentów nowych rodzajów rozdzielnic. Zgodnie z normą PN-E-05115 rozdzielnie powinny być tak zbudowane, aby podczas czynności eksploatacyjnych personel był chroniony, tak dalece jak to możliwe, przed zagrożeniem powodowanym przez zwarcie łukowe. Norma podaje także przykłady konkretnych rozwiązań zapewniających odpowiednią ochronę. Są to między innymi: • stosowanie rozłączników zamiast odłączników, • stosowanie uziemników wytrzymujących załączenie na zwarcie, • odpowiednie blokady, • krótkie, wysokie i szerokie korytarze eksploatacyjne, • kierowanie produktów palenia się luku na zewnątrz budynków, • ograniczanie prądu zwarcia, • bardzo szybkie wyłączanie. Ochrona przed bezpośrednim uderzeniem pioruna Stosowana dotychczas w Polsce metoda ochrony stacji energetycznych przed bezpośrednim uderzeniem pioruna polegała na instalowaniu, wolnostojących lub ustawianych na konstrukcjach wysokich, zwodów pionowych. Zwody należało tak lokalizować, aby wszystkie urządzenia znajdowały się w ich strefie chronienia. Sposób określania stref ochrony można znaleźć w „Informatorze sieciowym" wydanym w roku 1977 przez Energoprojekt Kraków. Obecnie zgodnie z postanowieniami normy PN-E-05115 rodzaj metody przewidzianej do ochrony 35 przed bezpośrednim uderzeniem pioruna powinien być uzgodniony pomiędzy dostawcą! użytkownikiem. Norma podpowiada, że pod uwagę mogą być brane różne metody, a jedną z nich jest metoda toczącej się kuli. W załączniku informacyjnym H do normy PN-E-05115 pokazano skrótowo zasady wyznaczania stref ochronnych przy pomocy tej metody. Biorąc jednak pod uwagę, że nowa norma nie wprowadza w sposób kategoryczny żadnych nowych rozwiązań w zakresie ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, nie ma żadnych przeciwwskazań, co do możliwości dalszego stosowania dotychczasowych rozwiązań. Otwarta pozostaje jedynie droga do każdego innego sposobu akceptowalnego przez dostawcę i użytkownika. Ochrona przeciwpożarowa Zagadnienia dotyczące ochrony przeciwpożarowej obiektów budowlanych były i są regulowane przez cały szereg przepisów znajdujących się w różnych normach i aktach prawnych. Spełnienie wymagań wszystkich obowiązujących przepisów nie należy do zadań łatwych. Z tego też względu istnieje wymóg opiniowania projektów przez rzeczoznawców do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych. Pewne wymagania dotyczące zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego znajdowały się także w PBUE. Zasadniczymi z nich były: • zachowanie odległości wynoszącej, co najmniej 1,25 m pomiędzy obrysami transformatorów o mocy do 10 MVA, • zachowanie odległości wynoszącej, co najmniej 5,00 m pomiędzy obrysami transformatorów o mocy równej lub większej od 10 MVA, • dopuszczenie do ograniczenia tych odległości w przypadku zastosowania ognioodpornych ścianek oddzielających o wysokości równej wysokości najwyższego punktu konserwatora, • dopuszczenie do ustawiania transformatorów bezpośrednio przy ścianach z materiałów niepalnych, pod warunkiem, że ściana nie ma okien w odległości mniejszej niż 10 m od obrysu transformatorów, • zachowanie odległości pomiędzy budynkiem mieszkalnym a transformatorem wynoszącej: 1) 15 m przy zawartości oleju do 3 ton, 2) 22,5 m przy zawartości oleju do 15 ton, 3) 30 m przy zawartości oleju powyżej 15 ton. Tematykę ochrony przeciwpożarowej podejmuje także norma PN-E-05115. Jest to jednak tylko pewne dopełnienie innych przepisów, bowiem już na samym początku, mówiącego o tym punktu, znajduje się stwierdzenie, iż przy projektowaniu instalacji należy uwzględniać krajowe i lokalne regulacje prawne dotyczące ochrony przeciwpożarowej. Norma zaleca stosowanie odstępu transformatora instalowanego napowietrznie od innych transformatorów lub innych urządzeń o wartości uzależnionej od mocy transformatora. Zestawienie wymaganych odstępów przedstawia zamieszczona poniżej tablica 11. Tablica 11 Moc znamionowa w MV A Odstęp G w m powyżej 1 do 10 3 powyżej 10 do 40 5 powyżej 40 do 200 10 powyżej 200 15 Podane odstępy mogą być zmniejszone, jeżeli zostanie zastosowany, automatycznie uruchamiany system gaśniczy. Nowością jest wprowadzenie uzależnienia odstępu G od rodzaju chłodziwa zastosowanego w transformatorze, określonego według klasyfikacji uwzględniającej temperaturę zapłonu chłodziwa oraz jego wartość opałową Hu. Temperaturę zapłonu oznaczono literą: 36 klasa O klasa K klasa L klasa F — — — — temperatura zapłonu mniejsza lub równa 300 °C temperatura zapłonu większa niż 300 °C chłodziwo o niemierzalnej temperaturze zapłonu transformatory suche. Wartość opałową Hu oznaczono cyfrą: klasa 1 — Hu większa lub równa 42 MJ/kg klasa 2 — Hu mniejsza od 42 MJ/kg, a większa lub równa 32 MJ/kg klasa 3 — Hu mniejsza niż 32 MJ/kg. Przykłady: O1 — olej mineralny o temperaturze zapłonu 150-175 °C K3 — ciecz sylikonowa o temperaturze zapłonu 360 °C. Propozycje rozwiązań dla poszczególnych chłodziw przedstawiają się następująco: Instalacje napowietrzne • 01 - odległości zgodne z przedstawionymi w tablicy 10. Jeżeli nie jest możliwe ich zachowane należy stosować ścianki ognioodporne, • K2, K3, FO - należy stosować 50% wartości odstępów podanych w tablicy 10. Jeżeli nie jest możliwe ich zachowane należy stosować ścianki ognioodporne, • F1, F2 - ani odstępy, ani ścianki nie są konieczne. Instalacje wnętrzowe • O1 - ściany w pomieszczeniach z transformatorami powinny mieć odporność ogniową co najmniej E160/REI60. Dla transformatorów o rnocy powyżej 1 MVA odporność ścian powinna wynosić EI90/REI90, • K2, K3, FO - ściany oddzielające transformatory powinny mieć odporność ogniową EI60/REI60, • F1, F2 - ani odstępy, ani ścianki nie są konieczne. W tym miejscu należy wyjaśnić znaczenie symboli określających odporność ogniową. Znaczenie to jest następujące: • R - nośność ogniowa - zdolność konstrukcji do przenoszenia obciążeń zewnętrznych i ciężaru własnego w warunkach pożaru, • E - szczelność ogniowa - zdolność elementu oddzielającego, poddanego z jednej strony działaniu pożaru do przeciwdziałania przenikaniu płomieni i gorących gazów na drugą stronę, • l - izolacyjność ogniowa - zdolność elementu oddzielającego, poddanego z jednej strony działaniu pożaru do zapewnienia nie przekroczenia po drugie stronie określonej temperatury, • 60, 90 - czas w minutach, w jakim parametry określone literami mają być zachowane. Rozwiązania dotyczące ochrony pożarowej pomiędzy transformatorami oraz pomiędzy transformatorami a budynkami przedstawiają załączone poniżej rysunki 13 i 14. 37 38 39 Ochrona przed wyciekiem cieczy elektroizolacyjnych i SF6 Wyciek oleju Wymagania PBUE, w zakresie ochrony przed wyciekiem oleju zawartego w transformatorze lub innym urządzeni były bardzo łagodne. Ograniczały się one do konieczności stosowania pod transformatorami o mocy powyżej 630 kVA dołów ściekowych zdolnych zatrzymać co najmniej 20% oleju zawartego w transformatorze lub ścieków umożliwiających odprowadzenie oleju. Zaś dla aparatów zawierających powyżej 200 kg oleju należało przewidywać podsypkę żwirować grubości 25 cm i szerokości obrzeża 1 m. Należy jednak zauważyć, że ze względu na potrzebę ochrony środowiska, od wielu już lat stosuje się w Polsce, pod stanowiskami transformatorów szczelne doły olejowe zdolne pomieści 100% oleju zawartego w transformatorze, w przypadku jego awaryjnego wycieku. Norma PN-E-05115 w zakresie ochrony przed wyciekiem oleju stawia bardzo jednoznaczne wymagania. Są one następujące: • transformatory napełnione cieczą powinny być wyposażone w indywidualną misę olejową lub w zespół złożony z indywidualnej misy olejowej i wspólnego zbiornika awaryjnego, • w instalacjach wnętrzowych jako misy mogą być użyte nieprzepuszczalne podłogi z odpowiednio wysokimi progami, jeżeli zainstalowane będą nie więcej niż trzy transformatory, a każdy transformator będzie zawierał nie więcej niż 1000 l cieczy, • w instalacjach napowietrznych nie jest konieczna misa olejowe, jeżeli ilość oleju w transformatorze jest mniejsza niż 1000 l. Wymóg ten nie odnosi się do stref ochrony wód. Szczegóły rozwiązań mis olejowych przedstawiają zamieszczone poniżej rysunki 15,-16, 17 i 18 40 41 Wyciek SF6 Wymagania dotyczące wycieku SF6 są w polskich przepisach zagadnieniem nowym, ponieważ stosowanie tego medium izolacyjnego nie ma jeszcze w krajowej praktyce długiej historii. Zauważyć jednak należy, że odpowiednie regulacje są konieczne, bowiem udział rozdzielni i aparatury z izolacją gazową SF6 systematycznie się zwiększa. Norma PN-E-05115 wychodzi naprzeciw nowym potrzebom i określa warunki, na jakich powinny być instalowane urządzenia zawierające SFe. Są one następujące: • w pomieszczeniach z instalacjami zawierającymi SF6, które znajdują się powyżej poziomu terenu wystarczająca jest wentylacja naturalna. W tym przypadku w przybliżeniu połowę wymaganego przekroju otworów wentylacyjnych należy umieścić blisko poziomu terenu, • w przypadku złego działania wentylacji naturalnej może być wymagana wentylacja mechaniczna, • w pomieszczeniach z instalacjami zawierającymi SFe, które są zlokalizowane ze wszystkich stron poniżej poziomu terenu należy przewidzieć wentylację mechaniczną, • komory, kanały, doły, szyby itp., usytuowane poniżej pomieszczeń z urządzeniami zawierającymi SF6 i połączone z nimi, należy przystosować do wentylacji, • wentylacja mechaniczna może być pominięta, jeżeli objętość gazu największego przedziału zawierającego gaz, przy ciśnieniu atmosferycznym nie przekracza 10 % objętości pomieszczenia, • temperatura jakiejkolwiek części wyposażenia, będącej w kontakcie z powietrzem, nie może przekraczać 200 °C. Identyfikacja i oznaczanie Dotychczas zagadnienia identyfikacji i oznaczania były jednoznacznie regulowane w zakresie wymagań dotyczących tabliczek bezpieczeństwa. Pozostałe informacje były umieszczane w oparciu o dawne opracowania typizacyjne dla resortu energetyki bądź zgodnie z bieżącą praktyką użytkownika. Norma PN-E-05115 w zakresie identyfikacji i oznaczania wprowadza następujące wymagania: 42 • • należy stosować jasną identyfikację i jednoznaczne oznaczenia, znaki, tabliczki i ostrzeżenia należy wykonywać z trwałego nie korodującego materiału i malować w sposób nieusuwalny, • stan położenia aparatury łączeniowej i sterowniczej należy jasno odwzorować za pomocą wskaźników, z wyjątkiem sytuacji, kiedy główne styki mogą być łatwo widoczne dla obsługi, • w zamkniętych obszarach ruchu elektrycznego i w budynkach przemysłowych każde pomieszczenie mieszczące wyposażenie elektryczne należy zaopatrzyć od zewnętrznej strony i na każdych drzwiach wejściowych, w konieczną informację identyfikującą pomieszczenie i wskazującą zagrożenia, • wszystkie drzwi wejściowe do zamkniętych obszarów ruchu elektrycznego i wszystkie strony zewnętrznych ogrodzeń należy zaopatrzyć w trójkątne znaki ostrzegawcze, • kondensatory należy zaopatrzyć w tabliczkę ostrzegawczą z podanym czasem rozładowania, • kolory oraz kolory kontrastujące powinny być zgodne z Council Directive 92/58/EEC z 24 czerwca 1992 r., • trójkątne znaki ostrzegawcze powinny być zgodne z Council Directive 92/58/EEC z 24 czerwca 1992 r., • zaleca się, aby wyjścia bezpieczeństwa były oznaczone za pomocą odpowiednich znaków ostrzegawczych bezpieczeństwa. Znaki powinny być zgodne z Council Directive 92/58/EEC z 24 czerwca 1992 r. Przywołana dyrektywa jest dostępna na stronie internetowej www.europa.eu.int/eur-lex. Rozdział 8 - Instalacje pomocnicze i systemy sterowania Rozproszone dotychczas i słabo eksponowane wymagania dotyczące elementów pomocniczych zostały zebrane w normie PN-E-05115 w jednym miejscu, ponieważ wraz z rozwojem techniki rola instalacji pomocniczych, a głównie systemów sterowania istotnie wzrasta. W rozdziale 8 normy zostały omówione następujące zagadnienia: • systemy sterowania i nadzoru, • obwody zasilania prądem przemiennym i stałym, • instalacje sprężonego powietrza, • urządzenia gospodarki gazowej SF6, • podstawowe zasady kompatybilności elektromagnetycznej obwodów sterowania. Systemy sterowania i nadzoru Podstawowe wymagania normy w tym zakresie, to: • wyposażenie instalacji w przyrządy służące do nadzoru, zabezpieczeń, regulacji i sterowania w sposób zapewniający poprawne i bezpieczne jej funkcjonowanie, • stosowanie urządzeń automatyki zdolnych do selektywnego i szybkiego działania, zabezpieczającego przed skutkami przeciążeń oraz wewnętrznych i zewnętrznych zwarć, • zapewnienie możliwości odłączania obwodów sterowania każdego łącznika wysokiego napięcia lub każdego pola, aby można było bezpiecznie wykonywać prace eksploatacyjne przy aparatach wysokiego napięcia, • zapewnienie możliwości naprawy i konserwacji zabezpieczeń i sterowania w czasie pracy instalacji, • zapewnienie sygnalizacji impulsów wyłączania od zabezpieczeń, • zapewnienie sygnalizacji każdej niezgodności położenia aparatury łączeniowej, • zminimalizowanie możliwości uszkodzeń przyrządów na skutek oddziaływań elektromagnetycznych, • uniemożliwienie występowania błędów łączeniowych, • uniemożliwienie zaistnienia przypadkowego sterowania. Obwody zasilania prądem przemiennym i stałym Dla zapewnienia ciągłości zasilania urządzeń prądem stałym i przemiennym norma stawia następujące najistotniejsze wymagania: • zasilacze prądu przemiennego mogą być podzielone na zasadnicze i zwykłe. Zasilacze zasadnicze powinny pracować bez przerwy, • dla zasilaczy zasadniczych, w celu uniknięcia przy zaniku napięcia generowania przez zasilane 43 • • • • elementy niewłaściwych sygnałów, należy stosować zasilacze bezprzerwowe (UPS), zespoły zasilania prądem stałym powinny być zdolne do zasilania wszystkich odbiorów o ciągłym poborze prądu stałego i odbiorów związanych z działaniem podstawowych łączników wysokiego napięcia, zespoły zasilania prądem stałym, takie jak baterie i prostowniki, powinny być zaopatrzone w urządzenia do pomiaru napięcia i prądu, baterie powinny być instalowane w suchych pomieszczeniach lub przedziałach, pomieszczenia zawierające baterie akumulatorów ołowiowych typu otwartego, w których nie jest zapewniona dostateczna wentylacja, należy traktować jak pomieszczenia z agresywnymi oparami. Instalacje sprężonego powietrza W przypadku stosowania instalacji sprężonego powietrze należy spełnić następujące wymagania: • instalację sprężonego powietrza należy projektować z uwzględnieniem odpowiednich przepisów prawnych, określających wymagania dla zbiorników ciśnieniowych i instalacji ciśnieniowych, • instalacja sprężonego powietrza powinna być zdolna do dostarczenia powietrza o względnej wilgotności odpowiedniej do typu i ciśnienia roboczego zasilanych aparatów, • instalację sprężonego powietrza należy tak zaprojektować, aby mogła pracować przy jej maksymalnej i minimalnej wydajności, • zbiorniki ciśnieniowe i rury należy zabezpieczyć przed korozją od strony wewnętrznej i zewnętrznej, • rury, które są stale pod ciśnieniem należy zabezpieczyć przed uszkodzeniem powodowanym przez bezpośrednie działanie łuku elektrycznego, • wszystkie elementy obsługi instalacji sprężonego powietrza, które powinny być używane podczas pracy, należy rozmieścić w taki sposób, aby były dostępne bez żadnego zagrożenia dla zdrowia i życia personelu obsługującego. Urządzenia gospodarki gazowej SF6 W zakresie gospodarki gazowej SF6 norma PN-E-05115 wymaga, aby tam gdzie przewiduje się obsługę i regenerację gazu stosować przewoźne urządzenie do przetaczania gazu, które będzie zdolne do: • wypompowania i przechowywania największej określonej przez producenta objętości gazu oraz wypompowania największej określonej pojemności do poziomu próżni, • napełnienia aparatu z izolacją gazową do największego ciśnienia napełniania, określonego przez producenta, • ponownego napełnienia gazem aparatu oraz przefiltrowania zużytego gazu. Podstawowe zasady kompatybilności elektromagnetycznej obwodów sterowania Przedstawione w tym obszarze normy zagadnienia, dotyczą ochrony obwodów sterowania przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Zakłócenia te mogą być przenoszone do instalacji wysokiego napięcia na drodze przewodowej, poprzez pojemności poprzeczne, przez indukcję lub przez promieniowanie. Wyróżniamy zakłócenia wysokiej częstotliwości pochodzące głównie od operacji łączeniowych i zakłócenia niskiej częstotliwości pochodzące od zwarć i doziemień. Zapobieganie zakłóceniom polega na: • zmniejszaniu przenikania pól elektromagnetycznych do aparatów, • wyrównywaniu potencjału pomiędzy każdym aparatem i instalacją uziemiającą. Zalecane przez normę środki ograniczające wpływ zakłóceń wysokiej częstotliwości, to: • skuteczne ekranowanie uzwojeń wtórnych i pierwotnych przekładników, • ochrona przed wyładowaniami piorunowymi, • udoskonalanie połączeń uziemiających, • ekranowanie kabli obwodów wtórnych, • grupowanie obwodów. 44 Zakłócenia niskiej częstotliwości mają ograniczyć następujące środki zaradcze: • oddzielanie kabli sterowniczych od kabli energetycznych, • układanie kabli sterowniczych z dala od dławików i transformatorów jednofazowych, • promieniowa konfiguracja zasilania prądem stałym, • umieszczanie wszystkich przewodów jednego obwodu w tym samym kablu. Odrębne zalecenia dotyczą rozdzielni gazowych i polegają one na: • przyłączeniu siatek zbrojenia betonu do układu uziemiającego w wielu punktach, • dobrym ekranowaniu przepustów gaz/powietrze przez wielokrotne połączenia pomiędzy obudował ścianami budynku i wielokrotne połączenia pomiędzy ścianą budynku i instalacją uziemiającą • odpowiednie zaprojektowanie i przetestowanie urządzeń obwodów wtórnych w zakresie dotyczącym odporności na zakłócenia przejściowe. PODSUMOWANIE Przedstawione omówienie jest ukierunkowaniem na najistotniejsze zagadnienia dotyczące projektowania instalacji wysokiego napięcia zawarte w rozdziałach 6, 7 i 8 Polskiej Normy PN-E-05115 „Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV". Odniesiono się także w sposób porównawczy do dotychczas obowiązujących wymagań i przedstawiono propozycję interpretowania wymagań ustanowionych alternatywnie. Po szczegółowej lekturze normy można zauważyć, że znajduje się w niej cały szereg odwołań, które można ująć określeniem - „należy uzgodnić pomiędzy producentem i użytkownikiem". Jest to zupełnie nowa jakość w tworzeniu obiektów elektroenergetycznych. Dodatkowo biorąc pod uwagę, że w myśl Ustawy z dnia 12 września 2002 roku o normalizacji, stosowanie Polskich Norm jest dobrowolne, poprawne zaprojektowanie instalacji wysokiego napięcia będzie wymagało całego szeregu uzgodnień i będzie skutkowało znacznym zaangażowaniem przyszłego użytkownika w proces przygotowania inwestycji. Może to nawet prowadzić do swego rodzaju utrudnień, zwłaszcza, gdy jeden inwestor będzie realizował kilka obiektów, a każdy we współpracy z innym zespołem projektującym. Jak temu zaradzić? Wydaje się, że rozwiązaniem najrozsądniejszym byłby szeroki proces standaryzacji. Użytkownik określi swe wymagania raz, a każdy projektant będzie je uwzględniał w wykonywanych opracowaniach. Nie będzie wtedy potrzeby dokonywania niekończących się uzgodnień, ani rozbudowywania umów na wykonanie projektu o wszelkie informacje dotyczące oczekiwanych parametrów instalacji. Pewnego rodzaju proces standaryzacji jest już prowadzony przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne SA. Jego wynikiem są wydawane przez PSE SA specyfikacje techniczne zawierające konkretne wymagania dla obiektów należących do sieci będącej własnością PSE SA. Przykładem takich specyfikacji może być opracowanie pt.: „Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji sieci elektroenergetycznych" wydane na początku 2002 r. 45 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV w świetle postanowień normy PN-E-05115:2002 Dr inż. Witold Jabłoński Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej Część III. Ochrona przeciwporażeniowa i uziemienia w instalacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia Spis treści 1. Wstęp............................................................................................................................................................. 46 2. Terminologia w zakresie ochrony przeciwporażeniowej ....................................................................... 47 3. Środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim....................................................................................... 48 4. Środki ochrony przy dotyku pośrednim ................................................................................................... 49 5. Obliczanie prądów uziomowych ................................................................................................................ 52 5.1. Rozptyw prądu zwarcia doziemnego 52 5.2. Współczynniki redukcyjne 56 6. Łączenie punktów neutralnych sieci pracujących w układach TN i TT z uziomami stacji zasilających. ..................................................................................................................................................... 57 8. Budowa instalacji uziemiającej. ................................................................................................................ 63 9. Dokumentacja instalacji uziemiającej ...................................................................................................... 67 10. Oględziny oraz obliczenia lub pomiary napięcia dotykowego rażeniowego, napięcia uziomowego i rezystancji uziemienia ............................................................................................................ 67 Literatura ......................................................................................................................................................... 70 46 1. Wstęp W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił)7 zmian)' w stanie prawnym aktów dotyczących ochrony przeciwporażeniowej w urządzeniach wysokiego napięcia. Do połowy lat 90-tych XX wieku ochrona przeciwporażeniowa w stacjach i liniach elektroenergetycznych prądu przemiennego o napięciu wyższym od l kV była projektowana i realizowana zgodnie z postanowieniami zawartymi w niżej wymienionych aktach prawnych: - zeszycie 3 Przepisów Budowy Urządzeń Elektrycznych (PBUE) [2] w zakresie ochrony przed dotykiem bezpośrednim w stacjach elektroenergetycznych, - normach PN-75/E-05100 [5], PN-76/E-05125 [6] w zakresie ochrony przed dotykiem bezpośrednim w liniach elektroenergetycznych. - załączniku 2 Rozporządzenia Ministra Przemysłu z 1990 r. [7] w zakresie ochrony przy dotyku pośrednim w liniach i stacjach elektroenergetycznych. W roku 1995 przepisy PBUE [2] oraz Rozporządzenie MP [7] z 1990 r. zostały unieważnione a w roku 1998 norma PN-75/E-05100 [5] zastąpiona normą PN-E-05100-1 [4]. Przez kilka lat istniała „luka prawna" w zakresie ochrony przed dotykiem pośrednim w stacjach i liniach elektroenergetycznych wysokiego napięcia. Dopiero w roku 2002 ukazała się norma PN-E-05115 [1], która zawiera m.in. terminy i postanowienia dotyczące ochrony przeciwporażeniowej w rozdzielniach i stacjach prądu przemiennego o napięciu wyższym od l kV. Są one zawarte w następujących rozdziałach, podrozdziałach i załącznikach: - terminy ich definicje: • 2.4. Ochrona przeciwporażeniowa (definicje), • 2.7. Uziemienia (definicje), - ochrona przed dotykiem bezpośrednim: • 7.1. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (wymagania ogólne), • 6.2. Instalacje napowietrzne otwarte (wymagane odległości i wysokości), • 6.3. Instalacje wnętrzowe otwarte (wymagane odległości i wysokości), • 6.7. Stacje słupowe i wieżowe (wymagane wysokści), - ochrona przy dotyku pośrednim: • 7.2. Ochrona ludzi w przypadku dotyku pośredniego (wymagania ogólne), • •9. Instalacje uziemiające (wymagania dotyczące ochrony przy dotyku pośrednim i dotyczące budowy instalacji uziemiających). • •10. Przeglądy i badania odbiorcze, • Załącznik A (normatywny)) Materiały i minimalne wymiary prostych uziomów, zapewniające ich wytrzymałość mechaniczną i trwałość korozyjną, • Załącznik B (normatywny) Obliczanie prądu znamionowego uziomów i przewodów uziemiających, • Załącznik C (normatywny) Napięcia dotykowe rażeniowe i prąd rażeniowy, • Załącznik D (normatywny) Opis określonych uznanych środków M, • Załącznik E (normatywny) Środki redukujące skutki zakłóceń wysokiej częstotliwości w instalacjach uziemiających, • Załącznik F (normatywny) Wymagania szczegółowe dotyczące uziemienia urządzeń i instalacji, • Załącznik G (normatywny) Pomiary napięć dotykowych rażeniowych, • Załącznik J (informacyjny) Współczynniki redukcy-jne przewodów odgromowych linii napowietrznych i metalowych powłok kabli podziemnych, • Załącznik K (informacyjny) Podstawy projektowania układów uziomowych, • Załącznik L (informacyjny) Wykonanie uziomów i przewodów uziemiających, • Załącznik M (informacyjny); Przybliżone wzory dla prostych układów uziemiających: Przybliżone odległości miejsc, w których nie występują niebezpieczne napięcia • Załącznik N (informacyjny) Pomiar)' parametrów elektrycznych gruntu i instalacji uziemiających, • Załącznik P (informacyjny) Szczegóły kontroli i dokumentacji instalacji uziemiających, • Załącznik Q (informacyjny) Przykłady algorytmów prawidłowego wykonania projektu dotyczącego dopuszczalnych napięć dotykowych rażeniowych. • Załącznik R (informacyjny) Zastosowanie gołych prętów zbrojenia betonu dla celów uziemieniowych, 47 • Załącznik S (informacyjny) Odchylenia typu A (dla poszczególnych członków CENELEC), • Załącznik T (informacyjny) Szczegółowe warunki krajowe i wymagania krajowe;część norm krajowych, specyfikacji lub praktyka. Do chwili obecnej brak jest krajowego aktu prawnego dotyczącego ochrony przy dotyku pośrednim w liniach wysokiego napięcia Takiego dokumentu nie wydały też międzynarodowe organizacje zajmujące się normalizacją w zakresie elektrotechniki (IEC, CENELEC). 2. Terminologia w zakresie ochrony przeciwporażeniowej W rozdziale 2 „Definicje" normy PN-E-05115 [1] terminy i ich definicje dotyczące ochrony przeciwporażeniowej znajdują się głównie w podrozdziałach 2.4 „Ochrona przeciwporażeniowa" (5 terminów) oraz w 2.6 „Uziemienia" (41 terminów). Spośród prawie 50 terminów związanych z ochroną przed porażeniem należy zwrócić uwagę na te, które różnią się od powszechnie stosowanych oraz na terminy nowe. W normie PN-E-05115 [1] stosowany jest termin „ochrona przy dotyku pośrednim" a nie jak niewłaściwie przetłumaczono w normie PN-IEC 60364 [3] „ochrona przed dotykiem bezpośrednim". Dla „obudów" i „ogrodzeń" zastosowano termin ogólny „przegroda" a dla terminów „bariera" i innych środków chroniących jedynie przed przypadkowym dotykiem bezpośrednim zastosowano ogólny termin „przeszkoda". Niestety w normie PN-E-05115 podobnie jak w innych polskich normach zdecydowano się na nie w pełni konsekwentne tłumaczenie terminów „touch yoltage" (Ux) oraz „prospec-tive touch yoltage" (Usi). Wg definicji angielskojęzycznych, pierwszy termin oznacza spadek napięcia pojawiający się na ciele człowieka przy przepływie prądu rażeniowego na drodze ręka - stopy, a drugi to napięcie, które pojawia się podczas uszkodzenia między częściami przewodzącymi a ziemią gdy części te nie są dotykane. Tak więc anglojęzyczne terminy „napięcie dotykowe" i „spodziewane napięcie dotykowe" różnią się od podobnie definiowanych terminów polskich. W normie PN-E-05115 zastosowano mieszaninę tłumaczenia dosłownego terminów angielskojęzycznych i polskich. Sądzę, że należy w przyszłości przejść na terminy będące dosłownym tłumaczeniem terminów angielskojęzycznych. W omawianej normie stosowany jest termin „prąd doziemiania" (Ip), który swoim zakresem pojęciowym obejmuje używany zwykle w Polsce termin „prąd zwarcia doziemnego" Proste obwody prądów doziemienia oraz zależność, wg których można wyznaczyć wartości tych prądów w przedstawiono na rys. l. 48 Rys. 1. Podstawowe składowe prądów doziemienia w sieciach wysokiego napięcia : a) w sieci z izolowanym punktem neutralnym, b) w sieci skompensowanej, c) w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez małą impedancję, d) w sieci skompensowanej i z punktem neutralnym dorywczo uziemianym przez małą impedancję, e) w sieci z izolowanym punktem neutralnym lub w sieci skompensowanej. Oznaczenia: IF - prąd doziemienia, IC - pojemnościowy prąd doziemienia IL - suma prądów równolegle połączonych dławików gaszących, IR - prąd upływu, IH - prąd harmoniczny, IRES prąd resztkowy przy doziemieniu, I’K1 - prąd początkowy jednofazowego zwarcia doziemnego, I” KEE prąd podwójnego doziemienia Nowym i trudnym do interpretacji w praktyce terminem jest „zespolona instalacja uziemiająca". Instalację tą zdefiniowano jako „równoważny układ uziemiający, utworzony przez wzajemnie połączone instalacje uziemiające, który dzięki bliskości instalacji uziemiających zapewnia, że nie występują wówczas niebezpieczne napięcia dotykowe. Rozwiązanie to prowadzi do takiego rozpływu prądu zwarcia doziemnego, który powoduje obniżenie napięcia uziomowego w lokalnej instalacji uziemiającej". Powyższy termin i właściwa interpretacja jest ważna ze względu na wiele postanowień normy, która stanowi, że na terenie zespolonych instalacji uziemiających nie wymaga się wykonywania eksploatacyjnych pomiarów napięć dotykowych rażeniowych. 3. Środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim Norma PN-E-05115 [1] w podrozdziale 7.1 poświęconym ochronie przed dotykiem bezpośrednim w instalacjach elektrycznych wysokiego napięcia podaje: - postanowienia ogólne dotyczące stosowania ochrony przed dotykiem bezpośrednim, - środki techniczne jakie mogą być stosowane dla ochrony przed dotykiem bezpośred nim, oraz - szczegółowe wymagania, które powinny być spełnione przy stosowaniu poszcze gólnych środków ochrony. 49 W wyżej wymienionym dokumencie zapisano, że urządzenia i instalacje elektroenergetyczne wysokiego napięcia należy tak konstruować, aby niemożliwe było niezamierzone dotknięcie części czynnych albo niezamierzone sięgnięcie do niebezpiecznej strefy w pobliżu części czynnych. Wymaganie to powinno dotyczyć części czynnych, części posiadających tylko izolacje robocza oraz części, na które może być przeniesione niebezpieczne napięcie. Takimi częściami sąnp.: - dostępne części czynne. - części urządzeń, z których zdjęto uziemione metalowe osłony, - przewody, które mają tylko izolację roboczą (bez uziemionych osłon lub ekranów), - konstrukcje wsporcze lub obudowy kondensatorów, - uzwojenia maszyn elektrycznych, transformatorów itp. Należy zwrócić uwagę, że izolacja robocza w żadnym przypadku nie jest uznawana jako środek ochrony przed dotykiem bezpośrednim. W zależności od tego czy instalacja znajduje się w miejscach wydzielonych dla celów elektroenergetycznych czy nie, ochrona przed dotykiem bezpośrednim może być realizowana przez zastosowanie różnych środków technicznych. Norma PN-E-05115 [1] wyróżnia cztery takie środki: ochrona przez zastosowanie obudów ( by enclosure), ochrona przez zastosowanie przegród (ogrodzeń) (by barrier), ochrona przez zastosowanie przeszkód (by obstacles), ochrona przez umieszczenie poza zasięgiem (by placeing out of reach). Uwaga! W urządzeniach wysokiego napięcia „zasięg" zależy od wartości napięcia znamionowego urządzeń. Nie jest to więc termin równoznaczny z „ zasięgiem ręki" w urządzeniach niskiego napięcia. Na zewnątrz zamkniętych pomieszczeń ruchu elektrycznego dopuszczalna jest tylko ochrona przez zastosowanie obudowy lub umieszczeniem poza zasięgiem. Obudowy wykonuje producent urządzeń. Mogą być stosowane jako środek ochrony przed dotykiem bezpośrednim zarówno w miejscach nie wydzielonych dla celów elektroenergetycznych (ogólnodostępnych) jak i w miejscach wydzielonych. W miejscach nie wydzielonych dla celów elektroenergetycznych obudowa powinna mieć stopień ochrony co najmniej IP 23D. Otwory wentylacyjne powinny być wykonane tak, aby sztywny drut nie mógł b}'ć wprowadzony do urządzenia w sposób stwarzający zagrożenie w wyniku zbliżenia do części niebezpiecznych. W miejscach wydzielonych dla celów elektroenergetycznych obudowa powinna mieć stopień ochrony co najmniej IP 2X. Mogą być przy tym wymagane specjalne środki ochrony przed skutkami działania łuku elektrycznego. Przegrodami rnogą być ściany, drzwi, ogrodzenia itp. o minimalnej wysokości 180 cm zapewniające, że żadna część ciała nie może dosięgnąć niebezpiecznej strefy w pobliżu części będących pod napięciem. Przegrody jako środek ochrony przed dotykiem bezpośrednim, mogą być stosowane tylko w miejscach wydzielonych dla celów elektroenergetycznych. Powinny przy tym być zachowane odpowiednie odstępy poziome od części będących pod napięciem a w przypadku przegród z otworami (niepełnych) przegrody powinny mieć odpowiednie stopnie ochrony. Szczegółowe wymagania stawiane przegrodom podane zostały w p. 6.2.1 normy PN-E-05115 [1] i były omówione w referacie poświęconym min. rozd. 6. tej normy. Przeszkodami mogą być ściany, siatki nie spełniające wymagań stawianych przegrodom ( np. o mniejszej wysokości od wymaganej od przegród) a także poręcze, łańcuchy, liny itp. spełniające wymagania p. 6.2.2 oraz p. 6.2.3 normy PN-E-05115. W przypadku stosowania ochrony przez umieszczenie poza zasięgiem powinny być spełnione wymagania zawarte w p. 6.2.4 i p. 6.2.5 normy PN-E-05115. 4. Środki ochrony przy dotyku pośrednim Norma PN-E-05115 [1] nakazuje dla ochrony przy dotyku pośrednim w urządzeniach wysokiego napięcia stosować uziemienie ochronne. W ww. dokumencie napisano, że na terenach instalacji elektroenergetycznych z uziomem należy łączyć wszystkie części przewodzące dostępne; w przypadkach specjalnych mogą być tworzone strefy wyizolowane. Równocześnie stwierdzono, że części przewodzące 50 obce należy uziemiać wtedy, gdy mogą one stwarzać zagrożenie, np. w wyniku występowania łuku elektrycznego, sprzężenia pojemnościowego lub indukcyjnego. Uziemienie jest w urządzeniach wysokiego napięcia środkiem ochrony najbardziej trwałym, skutecznym i tanim. Uziom na terenie obiektu elektroenergetycznego może a nawet powinien, w większości przypadków, być wykorzystywany dla wielu celów, może pełnić wiele funkcji. Inne środki ochrony przy dotyku pośrednim mogą jedynie wspomagać działanie ochronne uziemienia. W praktyce, w urządzeniach wysokiego napięcia stosuje się następujące uzupełniające środki ochrony przy dotyku pośrednim: - wykonanie uziomu wyrównawczego w postaci uziomu otokowego lub gęstej kraty zagłębionych na niewielką głębokość pod rozpatrywanym stanowiskiem, - pokrycie stanowiska warstwą izolacyjną, - wykonanie stanowiska przewodzącego w postaci metalowej płyty lub kraty połączonych z dostępnymi częściami przewodzącymi, - zastosowanie nieprzewodzących przegród (ścian), - zastosowanie wstawek izolacyjnych dla zapobieżenia przenoszenia potencjałów. W normie PN-E-05115 [1] tego rodzaju środki ochrony oznaczono literą M i cyframi określającymi miejsce wykonania i rodzaj kolejnego środka. Do środków M zaliczono: 1) Na zewnątrz budynków rozdzielni wnętrzowych: - wykonanie dostępnych części ścian z materiałów nieprzewodzących (np. z kamienia lub drewna) bez uziemionych części metalowych (środek M 1.1), - wyrównanie potencjałów przez zastosowanie uziomu poziomego ułożonego na zewnątrz ściany, na głębokości nie większej niż 0,5 m i w odległości ok. l m od niej(środek M 1.2) - zastosowanie izolowanego stanowiska o szerokości co najmniej 1,5 m (środek M 1.3); izolację stanowiska uznaje się przy tym za wystarczającą jeżeli jest to: • warstwa tłucznia o grubości co najmniej 100 mm, • warstwa asfaltu na odpowiednim podłożu (np. na żwirze), • mata izolacyjna o minimalnych wymiarach l m x l m i o grubości przynajmniej 2,5 mm lub środek zapewniający izolację równoważną. 2) Na zewnątrz ogrodzeń rozdzielni napowietrznych: - zastosowanie ogrodzenia rozdzielni z materiału izolacyjnego lub siatki drucianej pokrytej tworzywem sztucznym (również z gołymi, przewodzącymi słupkami) (środek M 2.1), - zastosowanie uziomu poziomego ułożonego na zewnątrz przewodzącego ogrodzenia rozdzielni, na głębokości nie przekraczającej 0,5 m i w odległości ok. l m (środek M 2.2), - zastosowanie na zewnątrz ogrodzenia izolowanego stanowiska i wykonania oddzielnego uziemienia ogrodzenia lub połączenia go z uziomem rozdzielni (środek M 2.3), - wykonanie na terenie przylegającjon do zewnętrznej otwartej bramy rozdzielni, galwanicznie połączonej z uziomem rozdzielni, wyrównania potencjałów lub izolowanego stanowiska (patrz M 1.3); jeżeli ogrodzenie rozdzielni jest przewodzące to brama połączona z uziomem rozdzielni powinna być odizolowana od ogrodzenia sekcją ogrodzenia z materiału nieprzewodzącego lub przez zastosowanie elementów ogrodzenia przewodzącego przylegających do bramy z wstawkami izolacyjnymi na ich obu końcach (środek M 2.4). 3) W rozdzielniach \\Tietrzowych: - wyrównanie potencjałów przez wykonanie w fundamentach budynku kratowego układu uziomowego, którego oczka nie będą miały szerokości większej od 10 m lub zastosowanie metalowych siatek budowlanych o wystarczającej obciążalności prądowej; uziom taki lub siatki należy łączyć z uziomem stacji co najmniej w dwóch różnych miejscach (środek M 3.1), - wykonanie stanowisk metalowych i połączenie ich z uziomem rozdzielni i z dostępnymi ze stanowisk częściami przewodzącymi dostępn3TTU (środek M 3.2) - wykonanie izolowanego stanowiska (patrz M 1.3) i wykonanie połączeń wyrównawczych części, które mogą być jednocześnie dostępne (środek M 3.3). 4. W rozdzielniach napowietrznych: - wyrównanie potencjałów przez: 51 • wykonanie uziomu poziomego na głębokości 0,2 m i w odległości ok. l m od obsługiwanego urządzenia; uziom ten powinien być połączony z częściami przewodzącymi dostępnymi, lub wykonanie metalowego stanowiska połączonego z dostępnymi częściami przewodzącymi, lub • wykonanie izolowanego stanowiska (patrz M 1.3 , środki M 4.1), - wykonanie, dookoła uziomu kratowego rozdzielni (o oczkach nie większych od 10 m x50 m), uziomu tworzącego pierścień a dla pojedynczych urządzeń zlokalizowanych poza ww. pierścieniem wykonanie połączonego z uziomem rozdzielni -otoku na głębokości 0,2 m i w odległości l m od urządzenia (np. dla słupów oświetleniowych połączonych z uziomem rozdzielni przewodem ochronnym) (środek M 4,2). Ochronę przy dotyku pośrednim uznaje się za skuteczną, gdy napięcia dotykowe ra-żeniowe obliczone lub zmierzone nie przekroczą największych dopuszczalnych napięć dotykowych rażeniowych UTP. Powyższą zależność ustalono przyjmując, że: - prąd rażeniowy płynie na drodze ręka- stopy, . prawdopodobieństwo wystąpienia założonej impedancji ciała człowieka wynosi 50%, . prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór serca wynosi 5%. . w obwodzie rażeniowym nie występuj ą dodatkowe rezystancje. Są to założenia znacznie łagodniejsze od przyjętych przy wyznaczaniu kryteriów zagrożenia w instalacjach niskiego napięcia. Norma PN-E-05115 dopuszcza również ocenę skuteczności ochrony przy dotyku pośrednim na podstawie porównania obliczonych lub zmierzonych napięć dotykowych UST i napięć dotykowych dopuszczalnych USTP lecz w takich przypadkach należy samemu obliczyć wartości USTp przy rozeznanej wartości dodatkowej rezystancji Ra (stanowiska i obuwia). Kryteria skuteczności ochrony przy dotyku pośrednim uznaje się za spełnione (be sprawdzania czy napięcie UT lub UST nie przekracza wartości dopuszczalnej), gdy: - jest spełniony jeden z niżej podanych warunków C: Cl: rozpatrywana instalacja uziemiająca jest częścią zespolonej instalacji uziemiającej. C2: napięcie uziomowe UE, wyznaczone na drodze obliczeń lub pomiarów nie przekracza podwójnej wartości UTP (2UTP)), albo 52 – są wykonane, określone w tab. l uznane środki uzupełniające M a napięcie Us<4 UTP Tablica 1. Zakres zastosowania określonych uznanych środków M, pozwalających ogran, czyć napięcia UT do wartości nie przekraczających UTP Czas zwarcia UE Przy zewnętrznych Na terenie rozdzielni tF ścianach i ogrodzeniach rozdzielni wnętrzowej napowietrznej t F >5 s t F <5 s UE < 4.UTp Mtlub M2 M3 M4.1 lub M4.2 UE > 4-UTp UT < UTp M3 M4.2 UE<4.UTp Ml lub M2 M3 M4.2 UE > 4-UTp U T < UTp Przy obliczaniu lub pomiarach napięć UT lub UE należy uwzględniać największy spodziewany prąd uziomowy IE. Zasady wyznaczania prądu IE wg PN-E-05115 są opisane w p. 5 niniejszego referatu. Norma PN-E-05115 [1] podaje wiele dodatkowych postanowień dotyczących łączenia z uziomem obiektu elektroenergetycznego przewodzących ogrodzeń rozdzielni, rurociągów, torów kolejowych, słupów stacji słupowych, obwodów wtórnych przekładników. Do najważniejszych należą: - nieizolowane, przewodzące ogrodzenia stacji powinny być wielokrotnie uziemione, jeżeli to możliwe, do oddzielnego uziemienia, - przewodzące rurociągi wewnątrz stacji powinny być połączone z uziomem stacji a rurociągi przekraczające granice stacji zaleca się wykonywać z rur nie przewodzących, - w torach kolejowych przekraczających granice stacji należy wykonać wstawki izolacyjne tak, aby pojazdy szynowe nie bocznikowały przerwy izolacyjnej. W PN-E-05115 [1] zwraca się uwagę na możliwość wystąpienia zagrożenia, gdy granice stacji przekraczają kable z metalowymi powłokami lub ekranami, które są uziemione tylko na jednym końcu (zagrożenie na nieuziemionych końcach kabli). Podawane są też sposoby zapobiegania takiemu zagrożeniu. Ważnym i odmiennie w stosunku do przyjętym w Polsce zagadnieniem są opisane w normie PN-E-05115 zasady łączenia punktów neutralnych sieci niskiego napięcia do instalacji uziemiającej stacji zasilającej sieć niskiego napięcia. Zasady te opisane są w p. 6 niniejszego referatu. 5. Obliczanie prądów uziomowych 5.1. Rozptyw prądu zwarcia doziemnego Napięcie dotykowe rażeniowe zależy od prądu uziomowego IEI spływającego z rozpatrywanego uziomu (jego części), konfiguracji uziomu, głębokości jego pogrążenia i rezystyw-ności gruntu. W przypadkach, w których cały lub prawie cały prąd zwarcia doziemnego I"K(I) spływa do ziemi tylko przez rozpatrywany uziom o rezystancji REI, można przyjąć, że prąd uziomo-wy jest równy prądowi zwarcia doziemnego (IEI = I"KO))Tak proste przypadki występują najczęściej w liniach napowietrznych średniego napięcia poza terenami zurbanizowanymi. Częściej występuje sytuacja przedstawiona na rysunku 3. 53 Rys. 3. Rozpływ prądu zwarcia doziemnego w stacji elektroenergetycznej o Un>= 110 kV; Oznaczenia literowe : I0- składowa zerowa prądu zwarcia, I” K1 - prąd zwarcia doziemnego, IE - całkowity prąd uziomowy, UE - napięcie uziomowe, ITr część prądu zwarciowego płynąca do źródła przez punkt neutralny transformatora i fazy nieuszkodzone, IE1- prąd uziomowy spływający z uziomu stacji, RE1- re:zystancja uziemienia stacji, RES - rezystancja uziemienia słupa linii napowietrznej, Z☺, - impedancja wejściowa układu przewód odgromowy -uziomy słupów linii napowietrznej, r- współczynnik redukcyjny linii napowietrznej, Zw -impedancja wypadkowa połączon3;ch uziemień Dlatego norma PN-E 05115 [1] wymaga (p.9.2.3.1) aby przy obliczaniu napięcia uziomowego i napięć dotykowych rażeniowych brać pod uwagę jedynie prąd uziomowy spływający do ziemi z rozpatrywanego uziomu. W tablicy 5 wyżej wymienionej normie zamieszczono min. uproszczone wzory do obliczania prądu uziomowego w zależności od typu układu sieci wysokiego napięcia. Tablica ta zamieszczona poniżej ma nr 2. 54 Tablica 2. Prądy uwzględniane przy projektowaniu układów uziemiających 55 Rozpatrując dowolny uziom połączony z liniami napowietrznymi i kablowymi, którymi mogą dopływać do uziomu prądy ziemnoawarciowe, prąd spływający z rozpatrywanego uziomu do ziemi oblicza się z zależności: (2) Napięcie uziomowe wypadkowe to iloczyn impedancji wypadkowej ZW i prądu wypadkowego IE: (3) Impedancja wypadkowa połączonych uziemień ZW połączonych z rozpatrywanym uziomem o rezystancji REI uziomów „n" linii napowietrznych, o jednakowej budowie i jednakowej impedancji wejściowej ZŁ oraz „m" uziomów kablowych jednakowego typu charakteryzujące się jednakowymi impedancjami wejściowymi ZK, oblicza się z zależności: 4) Prąd IE we wzorze (3) jest częścią prądu zwarcia doziemnego I”K(1) Dla stacji transformatorowe rozdzielczej o napięci górnym co najmniej 110 kV można go obliczyć odejmując od prądu zwarcia doziemnego te prądy, które powracają do źródła prądu zwarciowego bez udziału ziemi. Przyjmując, że rozpatrywany uziom jest połączony z jednym transformatorem, jedną linią napowietrzną i jedną linią kablową, które łączą źródło napięcia z miejscem doziemienia (zwarcia) oraz oznaczając część prądu powracającego linką odgromową ww. linii napowietrznej ILL a część prądu powracającego powłoką kabla IKK, prąd IE można oblicz}'ć z zależności : (5) Do obliczania prądu IT konieczna jest znajomość impedancji transformatora dla składowej zerowej. Impedancję tę podaje producent transformatorów, gdyż jest ona zależna od parametrów i konstrukcji transformatora oraz układu połączeń jego uzwojeń. Obliczanie prądu IT należy przeprowadzić wg ogólnie stosowanych metod obliczania prądów zwarciowych przy zastosowaniu składowych symetrycznych. Prąd ILL linii napowietrznej zasilającej miejsce zwarcia oblicza się z zależności: (6) 56 w której: IOL - składowa zerowa prądu zwarciowego dopływającego linią napowietrzną, rL -współczynnik redukcyjny linii napowietrznej. Podanie IKK, jeżeli prąd zwarciowy lub jego część dopływa linią kablową, oblicza się z zależności: (7) w której: IKO -składowa zerowa prądu zwarcia doziemnego dopływająca linią kablową, rK -współczynnik redukcyjny linii kablowej. 5.2. Współczynniki redukcyjne Współczynnik redukcyjny r trójfazowej linii (napowietrznej lub kablowej) jest równy stosunków prądu ziemnopowrotnego linii (prądu doziemienia powracającego do źródła przez ziemię) IEL i sumy prądów kolejności zerowej 3IoL, płynących w przewodach fazowych obwodu od źródła do uziomu. (8) Współczynnik redukcyjny linii napowietrznej przy przepływie prądów ustalonych może być obliczony w oparciu i wartości impedancji własnych przewodów fazowych, przewodu odgromowego i impedancji wzajemnej występującej pomiędzy przewodami fazowymi i przewodem odgromowym. Można więc mówić, że wartość współczynnika redukcyjnego zależy od konstrukcji słupów linii (układu i odległości przewodów), typu prądów odgromowych i rezystywności gruntu (rezystancji uziemienia przewodów odgromowych). W załączniku informacyjnym I normy PN-E-05115 [1] podano wartości współczynników redukcyjnych linii napowietrznych 110 kV w zależności od przewodów odgromowych: - przewody stalowe o przekroju 50 - 70 mm2 r = 0,98 - przewody ACSR 44/32 mm2 r = 0,77 - przewody ACSR 300/50 mm2 r = 0,61 Współczynniki powyższe podano dla przeciętnych konstrukcji linii napowietrznych stosowanych w krajach członkowskich CENELEC. Dla rzeczywistych linii wartości współczynników redukcyjnych mogą znacznie się różnić od podanych wartości przeciętnych. Wartości (l - FL) dla niektórych typowych linii napowietrznych 110 kV (wg obliczeń EP Kraków [8]) zawierają się w granicach 0,25 - 0,5 (współczynniki redukcyjne FL zawierają się w granicach od 0,75 5,5). Wartości (l - TL) są bliższe górnej granicy przedziału przy wyższych wartościach rezystywności gruntu (ok. 500 Ώm) i większych przekrojach przewodów odgromowych. Współczynniki redukcyjne rK dla linii kablowych 1l0 kV ułożonych w gruncie o rezystywności co najmniej 100 Ώm, wg EP Kraków [8], zawierają się w granicach od 0,14 do 0.25 przy czym wartości mniejsze odnoszą się do kabli o większych przekrojach przewodów fazowych (rK = 0,14 dla s = 600 mm2 i rK= 0,22 dla kabli o s = 150 mm2). Współczynniki redukcyjne linii kablowych podane w załączniku informacyjnym normy PN-E 05115 [1] zestawiono w tablicy 3. Tablica 3. Współczynniki redukcyjne rK dla kabli wg PN-E-05115 [1]. Un Typ przewodu i powłoki (kV) Kabel z izolacją papierową 10 i 20 Cu 95 mm2/ powłoka Pb 1,2 mm Al. 95 mm2/powł. AL 1,2 Kabel jednożyłowy XLPE 10 i 20 Ću mm95 nW/ekran Cu 16 mm2 Kable jednożyłowe olejowe 110 Cu 300 mm2/powł. Al. 2,2 mm Kable z gazem pod 110 Cu 300 mm2/ stal 1,7 mm ciśnieniem umieszczone w stalowej rurce Izolacja kabla rK 0,20 - 0,60 0,20 - 0,30 0,50 - 0,60 0,37 0,01 - 0,03 57 Un Typ przewodu i powłoki rK (kV) Jednożyłowe kable XLPE 110 Cu 300 mm2/ekran Cu 35 mm2 0,32 Jednożyłowe kable olejowe 400 Cu 1200 mm2/powł. 1200 mm2 0,01 Jak widać współczynniki redukcyjne dla linii napowietrznych i linii kablowych podane w normie PNE 05155 różnią się nieco od takich współczynników podawanych przez EP Kraków. Prawdopodobnie wynika to z pewnych różnic w konstrukcjach słupów i kabli stosowanych w Polsce i krajach zachodnioeuropejskich oraz z uśrednienia współczynników podanych w normie. Jeżeli do stacji dochodzi kilka linii (A, B, C, ...) to prądy IEL oraz prądy ILL (prądy płynące np. linkami odgromowymi) poszczególnych linii dodaje się: 9) (10) Izolacja kabla W załączniku informac3<jnym N normy PN-E 05115 [1] zalecane jest stosowanie współczynnika redukcyjnego, gdy obwód prądowy układu pomiarowego tworzą: przewody fazowe linii, np. napowietrznej oraz ziemia i linka odgromowa tej linii. Jest to zalecenie dyskusyjne, gdyż przy wielu drogach powrotnych prądu pomiarowego trudno jest w obliczeniach uwzględniać wszystkie współczynniki redukcyjne. Często można z niewielkim błędem założyć, że rozpływ prądy pomiarowego jest podobny do rozpływu prądy zwarcia doziemnego i wartość zmierzonego napięcia mnożyć przez iloraz prądu zwarcia doziemnego i prądy pomiarowego. 6. Łączenie punktów neutralnych sieci pracujących w układach TN i TT z uziomami stacji zasilających. Wykonanie na terenie stacji (rozdzielni) wspólnego uziemienia dla różnych celów i dla urządzeń różnych napięć przynosi oczywiste korzyści, do których można zaliczyć: obniżenie kosztów budowy, zmniejszenie powierzchni terenu niezbędnego pod budowę uziomów, zmniejszenie rezystancji wspólnego uziomu itp. Wykonanie takiego połączenia może jednak stwarzać zagrożenie w instalacjach odbiorczych niskiego napięcia poza stacja. Podczas zwarć doziemnych w urządzeniach wyższego napięcia może bowiem pojawić się zagrożenie: - uszkodzenia izolacji urządzeń i instalacji niskiego napięcia lub - porażenia elektrycznego ludzi przebywających w pobliżu urządzeń i instalacji niskiego napięcia poza stacją. Skutki dla izolacji urządzeń instalacji niskiego napięcia i ludzi stykających się z urządzeniami tych instalacji a wynikające zpołączenia punktów neutralnych sieci niskiego napięcia pracujących w układzie TN i TT do uziomów instalacji uziemiającej stacji zasilających te sieci, i w których wystąpiło doziemienie po strome wysokiego napięcia można prześledzić na rys. 4 i 5. Prąd oznaczony na rys. 4 i 5 „Im" w innych publikacjach międzynarodowych oznaczany jest „IE" a oznaczona na ww. rysunku rezystancja „R" - „RE" W sytuacji przedstawionej na rysunku 4 , w wyniku doziemienia w urządzeniach wysokiego napięcia, napięcia punktu neutralnego i części czynnych sieci niskiego napięcia oraz odbiornika poza stacją wzrosną do UE = Im x R. Wzrosną też, o tę samą wartość, napięcia względem ziemi odniesienia części przewodzących dostępnych na terenie stacji i u odbiorcy (mają one połączenia z uziomem stacji). Tak wiec napięcia, które działają na izolację urządzeń niskiego napięcia w stacji i u odbiorcy nie zmienią się Ui = l^2~ UQ. W opis3rwanej sytuacji może pojawić się natomiast zagrożenie porażeniowe osób stykających się z częściami przewodzącymi dostępnymi urządzeń niskiego napięcia odbiorców. W skrajnym przypadku na częściach tych może pojawić się napięcie dotykowe UST = Uf = UE. (przeniesione przez przewód PEN i PE). 58 Rys. 4. Skutki przyłączenia punktu neutralnego sieci niskiego napięcia pracującej w układzie TN do uziomu stacji zasilającej przy wystąpieniu doziemienia w stacyjnych urządzeniach wysokiego napięcia. Uf napięcie uszkodzeniowe, UE - napięcie uziomowe stacji, Uo - napięcie fazowe niskiego napięcia, Ui napięcie działające na izolację stacyjnych urządzeń niskiego napięcia, Ui - napięcie działające na izolację urządzeń niskiego napięcia w instalacji niskiego napięcia odbiorcy. W sytuacji przedstawionej na rys. 5 nie występuje zagrożenie porażeniowe przy urządzeniach niskiego napięcia u odbiorców gdyż brak jest w rym układzie połączenia metalicznego między uziemieniem w stacji a częściami przewodzącymi dostępnymi urządzeń elektrycznych odbiorców. Również nie wystąpi zagrożenie izolacji stacyjnych urządzeń niskiego napięcia gdyż Ui = Uo. Wystąpić może natomiast zagrożenie dla izolacji urządzeń niskiego napięcia u odbiorców. W czasie doziemień w urządzeniach wysokiego napięcia w stacji, w instalacji odbiorcy wzrastają potencjały części czynnych ale nie rosną potencjały części przewodzących dostępach urządzeń niskiego napięcia odbiorców. Na izolację tych urządzeń działać może napięcie U2 = Uo + UE. Rys. 5. Skutki przyłączenia punktu neutralnego sieci niskiego napięcia pracującej w układzie TT do uziomu stacji zasilającej przy wystąpieniu doziemienia w stacyjnych urządzeniach wysokiego napięcia. Oznaczenia jak do rys. 4. W Polsce najczęściej stosowanym układem sieciowym jest układ TN, w którym przyłączenie punktu neutralnego sieci do uziomu stacji zasilającej może stwarzać w instalacjach odbiorców jednie zagrożenie porażeniowe. Kryteria, które muszą być spełnione aby można było wykonać wspólne uziemienie dla stacyjnych urządzeń wysokiego napięcia i uziemienia punktów neutralnych linii niskiego napięcia zasilanych ze stacji, są podane w normie PN-E-05115 [1] oraz w dziale 442 normy PN-IEC 60364 [3]. Oba dokumenty s ą tłumaczeniami dokumentów międzynarodowych organizacji normalizacyjnych lecz zostały opracowane przez różne zespoły autorskie i to z różnych organizacji normalizacyjnych ( CENELEC i IEC). Zamieszczone w tych normach kryteria w zakresie zagrożenia izolacji są identyczne, natomiast kryteria dotyczące zagrożenia 59 porażeniowego w instalacjach odbiorców nieco się różnią. Norma PN-E-05115 [1] podaje kryterium oparte na, nie zawsze dokładnie sprecyzowanej, krotności dopuszczalnego napięcia rażeniowego dotykowego przyjętego w instalacjach elektro energetycznych wysokiego napięcia Kryteria te zestawiono w tablicy 4. Tabela 4. Wymagania, stawiane wspólnym układom uziemiającym urządzeń wysokiego i niskiego napięcia, wg [1] Typ układu sieci Czas dozieniskiego napięcia1' mienia TT4) TN5) tF<5s tp > 5s Wymagania stawiane wspólnemu układowi uziemiającemu ze względu na2''3): napięcia dotykowe rażeniowe przepięcia nie dotyczy UE < UTp6) UE<1200V UE < 250 V nie dotyczy UE<XxUTp7) Zwykle X wynosi 2. Doświadczenia wskazują, że X w specjalnych przypadkach może osiągać wartości do 5. 1) Definicje typów sieci niskiego napięcia są podane w normie [3]. Układy IT z przewodami ochronnymi niskiego napięcia połączonymi z układem uziemiającym wysokiego napięcia są rozpatrywane w p. 9.4.2 normyf[1], ponieważ są one zwykle stosowane w zakładach przerostowych. Inne układy IT nie są rozpatrywane. 2) ue jest napięciem uziomowym wspólnego układu uziemiającego. Może być ono obliczone w sposób opisany w załączniku N [1]. 3) Konieczne jest wzięcie pod uwagę, że na napięcie uziomowe wpływają potencjały przeniesione, np. przez pancerze kabli przyłączonych do sąsiednich układów uziemiających. 4) Należy rozpatrzyć wytrzymałość materiałów, z których wykonane są urządzenia niskiego napięcia (bazując na normie [3]). 5) Należy rozpatrzyć możliwość powstania niebezpiecznych napięć rażeniowych dotykowych. 6) Połączenie przewodu PEN lub sieci niskiego napięcia z układem uziemiającym wysokiego napięcia jest wykonane tylko na terenie stacji transformatorowej. 7) Przewód PEN sieci niskiego napięcia jest uziemiony w wielu punktach w celu sterowania napięciem punktu neutralnego. ___________________________________________________ 60 Norma PN-IEC 60364 (dział 442) [3] uwzględnia większe prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia porażeniowego w instalacji odbiorczej niskiego napięcia od takiego prawdopodobieństwa w stacjach wyższego napięcia (ze względu na powszechną dostępność instalacji niskiego napięcia i różne kwalifikacje osób eksploatujących urządzenia elektryczne). Poniżej omówiono zagrożenia wynikające z wykonania wspólnego uziemienia dla stacyjnych urządzeń wysokiego i niskiego napięcia i podano kryteria łączenia lub rozłączania tych uziemień ze względu na zagrożenie porażeniowe wg działu 442 normy PN-IEC 60364 [3]. Norma PN-IEC 60364 (dział 442) [3] dopuszcza łączenie ww. punktu neutralnego sieci z uziemieniem stacji zasilającej jeżeli napięcie uziomowe ue spełnia warunek: (11) UF jest napięciem uszkodzeniowym odczytanym z rys.6. Rys. 6. Zależności największych dopuszczalnych w instalacjach niskiego napięcia napięć zakłóceniowych UF (krzywa F) i napięć dotykowych ust (krzywa T) spowodowanych do-ziemieniem w instalacji niskiego napięcia od czasów trwania doziemienia tF Warunek przedstawiony wzorem (11) będzie spełniony jeżeli wypadkowa rezystancja uziemienia stacji i uziemień rb przewodów PEN (PE) sieci niskiego napięcia spełni warunek: (12) 61 gdzie: UF - napięcie wyznaczone z krzywej F z rys 6, dla czasu tp, w którym płynie prąd zwarciowy I”K1, w V, I”K1 - prąd jednofazowego zwarcia doziemnego w urządzeniu wysokiego napięcia(w tym średniego napięcia), w A. IE - prąd uziomowy, w A, r - współczynnik redukcyjny określający stosunek prądu uziomowego ie do prądu zwarcia doziemnego I”K1; przy braku dokładnych danych można przyjmować r = 0.6 przy zasilaniu stacji linią kablową z sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor, r =1 w innych przypadkach. Czas trwania przepływu prądu jednofazowego zwarcia doziemnego w urządzeniach wysokiego napięcia należy przyjmować: - w urządzeniach, w których zastosowano samoczynne wyłączenie zwarć doziemnych - jako sumę czasu działania zabezpieczeń podstawowych i najdłuższego czasu wyłączania łącznik ó w działających przy zwarciach, - w razie zastosowania automatyki do samoczynnego ponownego załączania o czasie bezprądowym krótszym niż 3 s -jako sumę czasów trwania przepływu prądów. Uwzględniając stan połączeń ruchowych w warunkach normalnych oraz zasilania awaryjnego, z pominięciem krótkotrwałych stanów przełączeń, prądowi I”K1 należy przypisać wartość mniejszą z następujących wartości: a) 4-krotnej wartości prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej albo l ,2-krotnej wartości prądu nastawczego bezzwłocznego zabezpieczenia zwarciowego, które powinno przerwać przepływ prądu zwarcia doziemnego przez uziemienie, lub b) odpowiednio do cech sieci wysokiego napięcia wartość prądu wybranego z następujących prądów: -pojemnościowego prądu zwarcia z ziemią w przypadku sieci o izolowanym punkcie neutralnym oraz sieci o kompensacji ziemnozwarciowej, w której przewiduje się, po wystąpieniu zwarcia doziemnego, krótkotrwałe wyłączenie dławika gaszącego dla poprawy warunków działania zabezpieczeń, -0,2 całkowitego pojemnościowego prądu zwarcia z ziemią w przypadku sieci prądu przemiennego o kompensacji ziemnozwarciowej, w której nie przewiduje się zmiany sposobu uziemienia punktu neutralnego w następstwie zwarcia z ziemią, -prądu zwarciowego początkowego w przypadku sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor, niezależnie od tego czy jest on przyłączony na stałe, czy też załączany krótkotrwale dla poprawy warunków działania zabezpieczeń (automatyczne wymuszanie składowej czynnej prądu zwarcia doziemnego), - 0,7 prądu zwarciowego początkowego w przypadku sieci o bezpośrednim uziemieniu roboczym. Prąd I”Kl, należy obliczyć uwzględniając najbardziej niekorzystny stan połączeń ruchowych sieci w warunkach normalnych oraz zasilania awaryjnego, z pominięciem krótkotrwałych stanów połączeń, przypisując prądowi zwarcia doziemnego I”K1, właściwą wartość podaną wyżej. Przyłączenie punktu neutralnego sieci niskiego napięcia do uziomu stacji zasilającej może wymagać wykonania uziomu stacji o bardzo małej rezystancji a w rezultacie może być trudne pod względem techniczne lub bardzo drogie. Sytuacja taka ma zwykle miejsce, gdy stacja zajmuje niewielki teren, przyłączone są do niej tylko linie napowietrzne lub linie kablowe z zewnętrznymi powłokami izolacyjnymi a prądy zwarć doziemnych przekraczają kilkadziesiąt amperów. Rozwiązaniem lepszym może się wtedy okazać wykonanie dla punktu neutralnego sieci niskiego napięcia osobnego uziomu poza stacją. Przyjmując np., że prąd zwarcia doziemnego po stronie wyższego napięcia w stacji wynosi I”K1 = 250 A a czas trwania doziemienia tF = l s, połączenie punktu neutralnego sieci niskiego napięcia do uziomu stacji może nastąpić jeżeli napięcie uszkodzeniowe UF, a więc i napięcie uziomowe UE, nie przekroczy wartości ok. 80 V (wartość odczytana z rys. 4 dla czasu l s). Rezystancja uziemienia, która ograniczy napięcie uziomowe do 80 V wynosi RE 80 V/250 A = 0,32 Ω. Może okazać się, że wykonanie uziomu o tak malej rezystancji dla niewielkiej stacji jest bardzo trudne. Na rys. 7 i rys. 8 przedstawiono za normą DIN VDE 0141 ;2000 [9] sytuacje, w których punkt neutralny sieci niskiego napięcia pracującej w układzie TN jest przyłączony do uziomu oddzielnego, wykonanego poza stacją 62 Odległość uziomu oddzielnego powinna być większa od daccept podane w załączniku M normy PN-E-05115 [1]. Dla stacji o napięci znamionowym górnym nie przekraczającym 50 kV można przyjmować, że odległość ta powinna wynosić co najmniej 20 m. Ta odległość może być też obliczona dla każdej wartości napięcia znamionowego urządzeń wysokiego napięcia z zależności: (13) w której: SE - powierzchnia terenu zajętego pod uziom stacji, UF - dopuszczalne napięcie uszkodzeniowe w urządzeniach niskiego napięcia odczytane z krzywej F przedstawionej na rys. 6 , UE - napięcie uziomowe stacji. Na rys. 7 i rys. 8 zaznaczono połączenie konstrukcji rozdzielnicy niskiego napięcia z uziomem stacji. Oznacza to, że dla ochrony przy dotyku pośrednim wszystkie części przewodzące dostępne stacyjnych urządzeń niskiego napięcia należy połączyć z uziomami stacji a nie z przewodem PEN. Tak więc obwody stacyjnych urządzeń niskiego napięcia będą pracowały w układzie TT choć zasilane będą z sieci pracującej w układzie TN. Przewód PEN sieci niskiego napięcia pracujący w układzie TN może być dla ochrony przepięciowej połączony z uziemieniem stacji przez ogranicznik przepięć. Przy wykonaniu oddzielnych uziemień izolacja stacyjnych urządzeń niskiego napięcia, zasilanych w układzie TN, jest narażona na przepięcia o wartości równej sumie napięcia fazowego Uo i napięcia uziomowego UE. 63 8. Budowa instalacji uziemiającej. Uziemienia wykorzystywane dla celów ochrony przy dotyku pośrednim powinny, wg normy [1] spełniać następujące wymagania: - być odporne na narażenia mechaniczne i korozję, - być odporne na cieplne działanie największych prądów doziemnych, które mogą przepływać przez ich elementy, - zapewniać prawidłową pracę urządzeń uziemianych, - ograniczać napięcia rażeniowe do wartości dopuszczalnych. Poniżej omówione zostaną tylko dwa pierwsze wymagania. Trzecie wymaganie wiąże się z wytrzymałością izolacji a więc wykracza poza zakres tematyczny referatu a czwarte wymaganie zostało już omówione. Odporność na uszkodzenia mechaniczne i korozję uziemień uzyskuje się stosując odpowiednie przekroje i antykorozyjne pokrycia przewodzące (jeżeli są potrzebne) ich elementów. Wg PN-E-05115 [1] minimalne, z ww. względów, przekroje poprzeczne przewodów uziemiających wynoszą: - przewodów wykonanych z miedzi - 16 mm2, - przewodów wykonanych z aluminium - 35 mm2, - -przewodów wykonanych ze stali - 50 mm2. Przewody uziemiające wprowadzane do gruntu powinny być aż do połączenia ich z uziomem pokryte warstwą nie przepuszczającą wilgoci np. masą asfaltową. Materiał i minimalne wymiary elementów uziomów (wyrobu właściwego i pokrycia antykorozyjnego przewodzącego) podano w tablicy 5 za normą [1]. Tabela 5 Minimalne wymiary materiału uziomów, zapewniające ich wytrzymałość mechaniczną i trwałość korozyjną, wg [1] Materiał Wyrób Minimalne wymiary wyrobu właściwego pokrycia/powłoki średni- prze- gru- grubość grubość ca krój bość jednost. średnia (mm) (mm2) (mm) (μm) (μm) 90 3 63 70 90 3 63 70 25 2 47 55 Taśma2) Profil (w tym Rura płyta) Pręt okrągły dla uziomu pionowego 16 Drut okrągły dla 10 uziomu poziomego z powloką z Drut okrągły dla ołowiu1) uziomu poziomego 8 z naciągniętą Pręt okrągły dla osłoną Cu uziomu pionowego 15 z elektrolity- Pręt okrągły dla czną powlo- uziomu pionowego 14,2 ką z miedzi Miedź gola Taśma Drut okrągły dla uziomu poziomego Linka 1,8* Rura 20 ocynowana Linka 1,8* ocynkowana Taśma z powłoką z Linka 1,8* ołowiu1' Drut okrągły Stal cynkowana na gorąco 63 70 50 1000 2000 50 90 100 1 20 1000 1000 5 40 2 253) 25 2 25 50 25 25 2 64  dla pojedynczego drutu, nie stosuje się dla bezpośredniego zatopienia w betonie, 2) taśma walcowana lub wycięta z zaokrąglonymi brzegami, 3) w warunkach ekstremalnych , gdy doświadczenia pokazują, że ryzyko korozji i uszkodzenia mechanicznego jest skrajnie niskie można zastosować przekrój 16 mm2. e względu na cieplne działanie prądów doziemnych przepływających przez przewód uziemiający lub uziom przez czas krótszy od 5 s przekrój poprzeczny A powinien być obliczony wg normy [1] ze wzoru (patrz IEC 60724:1984): (14) 1) 65 w którym: A - powierzchnia przekroju poprzecznego, w mm 2, I - prąd płynący przez przewód lub uziom, w A (wartość skuteczna), t - czas trwania zwarcia, w s. K - stała, której wartość zależy od materiału przewodnika, przez który płynie prąd; w tablicy 6 podano wartości K dla najczęściej stosowanych materiałów przy założeniu, że tem peratura początkowa wynosi 20°C, β - odwrotność rezystancyjnego współczynnika temperaturowego przewodnika przez który przepływa prąd dla temperatury 0°C (patrz tablica 6), Θi - temperatura początkowa podana w stopniach Celsjusza; wartości Θi można przyjmować z publikacji IEC 60287-3-1; jeżeli brak jest odpowiednich wartości w tabelach krajowych, należy przyjmować, że temperatura gruntu na głębokości l m wynosi 20°C, Θf - temperatura końcową w °C. Tablica 6. Wartości współczynnika β i K, wg [l] Materiał β (°C) K (A s½/mm 2 ) Miedź 234,5 226 Aluminium 228 148 Stal 202 78 Dla warunków normalnych, w których przewód uziemiający znajduje się w powietrzu a uziom zagłębiony jest w gruncie można posługiwać się gęstością prądu zwarciowego G = I/A odczytaną z rysunku 9 dla temperatury początkowej 20°C i temperatury końcowej 300°C. Gdy prąd doziemny płynie przez dłuższy czas (np. w sieci z izołowarrym punktem neutralnym lub w sieci skompensowanej) dopuszczalne przekroje elementów układu uziemiającego są przedstawione na rysunku 10. Jeżeli przyjęto temperaturę końcową różną od 300°C (patrz rysunek 10 linie 1,3 i 4) prąd może być wyznaczony przy zastosowaniu współczynników poprawkowych podanych w tablicy 7. Np. niższe temperatury końcowe zaleca się przyjmować dla przewodów izolowanych i przewodów zagłębionych w betonie. Linie 1,3 i 4 stosuje się dla temperatury końcowej 300°C a linię 2 - dla temperatury końcowej 150°C 1. Miedź goła lub pokryta cynkiem 2. Miedź pokryta cyną lub z powłoką z ołowiu 3. Aluminium (tylko przewody uziemiające) 4. Stal ocynkowana 66 Rys. 9. Dopuszczalna gęstość G prądu zwarciowego dla przewodów uziemi ających i uziomów w zależności od czasu doziemienia t F, wg [1]. Linie l, 2 i 4 odnoszą się do temperatury końcowej 300 °C, zaś linia 3-do temperatury końcowej 150 °C. Przy innych temperaturach końcowych należy stosować współczynniki poprawkowe z tabeli 8.3. 1. Miedź goła lub pokryta cynkiem 2. Aluminium 3. Miedź pokryta cyną lub z powłoką z ołowiu 4. Stal ocynkowana Rysunek 10. Zależność prądu długotrwałego ID dla przewodów uziemiających: o przekroju okrągłym A, b) o przekroju prostokątnym w zależności od iloczynu przekroju poprzecznego i obwodu wyrobu (A • s), wg [1] Tablica 7. Współczynniki do skorygowania wartości długotrwałego prądu przy temperaturze końcowej różnej od 300°C, wg [1] 67 Temperatura końcowa (°C) Współczynnik poprawkowy 400 1,2 350 1,1 300 1,0 250 0,9 200 0,8 150 0,7 100 0,6 9. Dokumentacja instalacji uziemiającej Dla każdej instalacji uziemiającej powinien istnieć plan przedstawiający lokalizacje uziomów. Na planie tym powinien być oznaczony materiał, z którego wykonano uziomy, punkty rozgałęzienia oraz głębokość pogrążenia uziomów. Jeżeli określone środki uzupełniające M są potrzebne do uzyskania dopuszczalnych napięć dotykowych rażemowych, to powinny być one zaznaczone na planie sytuacyjnym i powinny być opisane w dokumentacji. Przed przyjęciem stacji do eksploatacji należy wykonać protokół stwierdzający, że zostały spełnione wszystkie wymagania dotyczące instalacji uziemiającej. 10. Oględziny oraz obliczenia lub pomiary napięcia dotykowego rażeniowego, napięcia uziomowego i rezystancji uziemienia Podczas budowy instalacji uziemiającej należ}' sprawdzać przez oględziny jakość zastosowanych środków ochrony przed korozją, szczególnie połączeń. Przez oględziny należy również okresowo sprawdzać w czasie eksploatacji stan dostępnej instalacji uziemiającej (np. co 5 łat). Dobrą praktyką jest odkopywanie elementów instalacji uziemiającej w kilku miejscach w celu sprawdzenia postępu korozji (np. połączeń, miejsc wprowadzenia przewodów uziemiających do ziemi). Dla każdej instalacji uziemiającej znajdującej się na zewnątrz terenu objętego zespoloną instalacją uziemiającą należy obliczać lub systematycznie mierzyć napięcie i rezystancję uziomu. Nie jest potrzebne sprawdzanie rezystancji uziemienia i napięcia uziomowego wewnątrz terenu zespolonej instalacji uziemiającej ponieważ wystarczający jest podstawowy projekt instalacji uziemiającej. Ustalenie wartości napięć dotykowych rażeniowych, jeżeli jest to konieczne, należy wykonać na drodze pomiarów lub obliczeń. Pomiary lub obliczenia rezystancji uziemienia lub napięć dotykowych rażeniowych mogą być niezbędne, gdy nastąpią większe zmiany mające wpływ na podstawowe wymagania stawiane instalacjom uziemiającym. Do pomiaru rezystancji lub impedancji uziemienia można stosować różne metody. Wybór odpowiedniej metody zależy od rozległości układu uziomowego i stopnia występowania zakłóceń. Norma PN-E-05115 [1] przytacza przykłady stosowanych metod pomiarowych i typów przyrządów pomiarowych. Norma wymienia pomiary przy zastosowaniu: - metody spadku napięcia z wykorzystaniem testera (przyrządu pomiarowego) uziemień (pomiar rezystancji uziemień małych lub średnich rozmiarów), - testeru wysokiej częstotliwości (pomiar pojedynczego uziomu połączonego z innymi, np. uziomu słupa bez odłączania linki odgromowej), - metody wielkoprądowej (pomiar impedancji układów uziemiających zajmujących duży teren). rzy zastosowaniu metody wielkoprądowej przewody odgromowe i uziomy kablowe, normalnie połączone z uziomem badanym, nie powinny być odłączane od tego uziomu. Moduł impedancji uziemienia oblicza się z zależności: (15) 68 w której: r - współczynnik redukcyjny, UEM - zmierzone napięcie uziomowe, IEM - prąd pomiarowy. Jeżeli występują kable z metalowymi powłokami o malej rezystancji, uziemionymi na obu końcach to większa część prądu pomiarowego popłynie przez te powłoki. W przypadkach, w których powłoki kabla są pokryte materiałem izolacyjnym może być uzasadnione odłączenie tych powłok od uziomu. Odległość między badanym uziomem i elektrodą prądową powinna być wg [1] możliwie duża, jednak nie mniejsza niż 5 km. Również prąd powinien być możliwie duży, tj. tak duży, że mierzone napięcie uziomowe (przy wymuszanym prądzie) będzie większe od występujących w gruncie napięć zakłócających. Zwykle warunek ten jest spełniony przy prądzie pomiarowym większym od 50 A. Wewnętrzna rezystancja woltomierza wchodzącego w skład układu pomiarowego powinna być przynajmniej 10-krotnie większa od rezystancji sondy (elektrody napięciowej) pomiarowej. Napięcie dotykowe UE wyznacza się na podstawie zmierzonych lub obliczonych wartości impedancji uziemienia ZE i prądu uziomowego IE z zależności: (16) Pomiar napięć dotykowych rażeniowych należy przeprowadzać przy wymuszaniu prądu uziomowego jak przy pomiarach impedancji (rezystancji) uziemienia. Wymagania stawiane elementom obwodów pomiarów napięć dotykowych i dotykowych rażeniowych przez PN-E-05115 [1] zestawiono w tablicy 8 . Tablica 8. Wymagania stawiane elementom obwodów pomiaru USTM I UTM Element obwodu Wymagane wartości parametrów obwody pomiarowego wg [1] Duży 400 cm2 500 N 1000 Ω Opór wewnętrzny woltomierza V (Rv) Powierzchnia elektrody E 1} Siła docisku elektrod Rezystor RB Odległość elektrod od części stwarzającej 1m zagrożenie przy rażeniu na drodze rękaElektroda stykająca się z częścią dotykaną Powinna umożliwiać pewne przebicie stopy ręką farby pokrywaj ącej ww. część 1) Pod elektrodą pomiarową umieszczoną na betonie lub wyschniętym gruncie należy umieścić mokre sukno lub stanowisko pomiarowe należy zmoczyć wodną Uwaga! Norma PN-E-05115 [1] dopuszcza przy pomiarach UTM stosowanie elektrody pomiarowej w postaci pręta pogrążonego w grunt na głębokość co najmniej 20 cm a dla szybkiej oceny USTM - pogrążonego na głębokość l0 cm. Wyniki pomiarów należy odnieść do największego spodziewanego prądu uziomowego. Przy wyznaczaniu napięcia uziomowego oraz napięć dotykowych rażeniowych może okazać się, że napięcia te są zniekształcone na skutek występujących zakłóceń. W normie PN-E-05115 [1] przytoczono kilka metod eliminacji tych zniekształceń. Celowość eliminacji zakłóceń mierzonych napięć wywołanych napięciami „obcymi" można ocenić porównując wyniki mierzonych napięć przy wymuszaniu prądu pomiarowego i po wyłączeniu obwodu prądowego. Wskazane jest aby napięcia zmierzone przy wyłączonym obwodzie prądowym nie przekraczały 10 -r 20% napięć zmierzonych przy wymuszaniu prądy pomiarowego. Najprostszym sposobem eliminacji zakłóceń przy pomiarach napięcia uziomowego, dotykowego lub dotykowego rażeniowego jest wymuszanie prądu pomiarowego o dużej wartości tak, aby wywołane przez ten prąd napięcia były znacznie większe od napięć zakłóceniowych. W normie PN-E-05115 podano, że poprawne wyniki pomiarów rezystancji statycznej (a więc i napięć) uzyskuje się przy wymuszaniu prądu pomiarowego 50 Hz i amplitudzie około 20 krotnie większej od amplitudy prądu 69 zakłóceniowego o tej samej częstotliwości. Gdyby sposób ten nie był skuteczny lub nie był możliwy do realizacji można zastosować jedną z metod eliminacji napięć zakłócających podanych w normie PN-E-05115[1]. Są to: metoda dodawania napięcia przemiennego, metoda odwracalnej biegunowości, pomiar wektora (fazora) lub metoda blokowania prądu stałego (gdy zakłócenia są wywołane prądem stałym). Metoda dodawania napięcia przemiennego polega na zastosowaniu źródła napięcia (np. przewoźnego generatora), którego częstotliwość różni się od częstotliwości sieciowej (którą mogą mieć napięcia zakłócające) o kilka dziesiętnych herca. Napięcia wywołane prądem pomiarowym są wówczas dodawane wektorowo do ewentualnych napięć zakłóceniowych Ud, których moduły i kąty fazowe, w dostatecznym krótkim okresie pomiaru, można uznać za stałe. Na skutek asynchronicznej superpozycji wskazówka woltomierz waha się między maksymalną a minimalną wartością Ui i Ua. Napięcie wywołane prądem pomiarowym może być wyznaczone z zależności: O (17) (18) (19) Metoda odwracania biegunowości polega na wykorzystaniu do pomiaru źródła napięcia synchronicznego (transformatora), którego napięcie jest cyklicznie odwracane (elektrycznie) po okresie martwym o 180°. Podczas przepływu prądu pomiarowego mierzone jest napięcie przed odwróceniem fazy - Ua i napięcie po odwróceniu fazy - Ub. W oparciu o występujące zależności wektorowe napięcie wywołane prądem pomiarowym może być obliczone ze wzoru: (20) 70 ____ Pomiar wektora (fazora) to metoda eliminacji napięć zakłóceniowych indukowanych w napięciowym obwodzie pomiarowym a zakłócenia mają tą samą częstotliwość co napięcie mierzone. Napięcie zakłócające może być znaczące szczególnie wtedy, gdy przewody obwodu indukującego napięcie zakłóceniowe i przewody obwodu pomiarowego są ułożone równolegle. Przy tego rodzaju zakłóceniach i braku możliwości ułożenia przewodów obu obwodów w kierunkach prostopadłych eliminację zakłóceń uzyskać można przez zastosowanie woltomierza mierzącego wektor napięcia (fazora). Metoda blokowania prądu stałego stosowana jest, gdy zakłócenia są wywołane prądami błądząc37mi stałymi. Dla wyeliminowania składowej stałej można zastosować woltomierz blokujący napięcia stałe. Spośród opisanych w normie [1] metod eliminacji zakłóceń najprostszą w realizacji jest zazwyczaj metoda odwracania biegunowości. Pozostałe metody wymagają zastosowania urządzeń na ogół trudno dostępnych. Literatura 1. PN-E-05115:2002. Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od l kV. 2. Przepisy Budowy Urządzeń Elektroenergetycnych (PBUE). Zesz}^ 3. Stacje i roz dzielnie elektroenergetyczne. Wyd. WEMA. Warszawa 1987 r. 3. PN IEC 60364: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. 4. PN-E-05100-1 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi. 5. PN-75/E-05100 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa 6. PN76/E-05125 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa. 7. Rozporządzenie Ministra Przemysłu z 8 października 1990 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać urządzenia elektroenergetycznego w zakre sie ochrony przeciwporażeniowej. Dz. U. nr 81 z 1990 r., póz.473. 8. Wytyczne projektowania i budowy uziemień stacji elektroenergetycznych o napięciu 110 - 400 kV. Energoprojekt odział Kraków. 1978 r. 9. DIN VDE 0141:2000 Erdungen fur spezielle Starkstromanlagen mit Nennspannungen uber l kV

Omówienie normy PN-E-05115

Related documents

Products

Support

Omówienie normy PN-E-05115

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib