Analiza wyładowań łukowych (niekiedy zwana również analizą zagrożeń związanych z wyładowaniami łukowymi) w zakładzie przemysłowym to przede wszystkim dokładny i skrupulatny opis modelowy znajdującej się w nim sieci dystrybucji energii elektrycznej i elektronicznych systemów sterowania. Jej celem jest jak najdokładniejsze ustalenie możliwych reakcji systemu zasilania na ewentualne usterki lub uszkodzenia, jakie mogą się pojawić w trakcie jego eksploatacji.
Zwykle analizy skupiają się głównie na dużych awariach, takich jak zwarcia z wyładowaniami łukowymi itp., gdyż to one najczęściej powodują największe zniszczenia w układach zasilania i sterowania. Wyładowania łukowe są również szczególnie niebezpieczne dla pracowników znajdujących się w pobliżu uszkodzonych urządzeń czy linii będących pod napięciem. Możliwe zagrożenia takich osób są dość dokładnie opisane w licznych opracowaniach dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, wraz z niezbędnymi w takich przypadkach środkami i działaniami ochronnymi. Jednak prawidłowo i kompleksowo przeprowadzona analiza zagrożeń wyładowaniami łukowymi powinna również uwzględniać zagrożenia związane z mniej znaczącymi, niekorzystnymi zjawiskami w systemie zasilania, jak chociażby przepięcia czy przetężenia prądowe, wraz z przewidywaniem możliwych reakcji systemu na te zjawiska. Zadziałanie urządzeń nadmiarowo-prądowych w takich sytuacjach powoduje zwykle odłączenie zasilania, co skutkuje nagłą przerwą w realizacji procesów produkcyjnych, nie powodując jednak żadnych uszkodzeń w systemie zasilającym czy też bezpośredniego zagrożenia dla pracowników. Analiza zagrożeń wyładowaniami łukowymi powinna być zawsze przeprowadzana przez grupę doświadczonych inżynierów elektryków, znających zasady projektowania, wykonywania i zabezpieczania złożonych systemów zasilania urządzeń elektrycznych. Ich olbrzymia wiedza i doświadczenie będą gwarantem podjęcia właściwych decyzji i wyrażania trafnych opinii w trakcie analiz. Do przeprowadzania niezbędnych obliczeń i symulacji inżynierowie wykorzystują zwykle pakiety specjalistycznego oprogramowania, dostarczane na rynek przez kilka firm branżowych.
Standardy
W USA wymóg przeprowadzenia analizy zagrożeń wyładowaniami łukowymi w instalacjach zasilania w zakładach przemysłowych nakłada artykuł 130.3 standardu bezpieczeństwa systemów elektrycznych w miejscu pracy – NFPA 70E 2004. Pośród licznych urządzeń elektrycznych znajdujących się w zakładach przemysłowych zawsze najbardziej istotnymi z punktu widzenia analizy są te, przy których w czasie ich normalnej eksploatacji pod napięciem pracują ludzie. We wspomnianym standardzie jest mowa o kilku rodzajach zagrożeń: wstrząs, śmiertelne porażenie elektryczne, wyładowanie łukowe (poparzenie) i wybuch spowodowany wyładowaniem łukowym. W przypadku szacowania zagrożenia porażeniem elektrycznym ważnymi parametrami są: napięcie robocze urządzeń, możliwy odstęp roboczy od urządzenia i zachowanie trzech stref bezpieczeństwa – dopuszczalnej, ograniczonej i zabronionej.
Strefy te definiują minimalne odległości od najbliżej znajdujących się elementów pod napięciem, w celu uniknięcia porażenia elektrycznego obsługi. Z kolei przy szacowaniu poziomu zagrożenia wyładowaniami łukowymi, jak również związanymi z nimi możliwymi wybuchami, w analizach obliczane są dwa inne parametry – granica ochrony przed wyładowaniem i energia wybuchu w jednostce cal/cm2. Pierwszy z nich zdefiniowany jest w normie NFPA 70E 2004, Artykuł 100 jako „dopuszczalna odległość zbliżenia człowieka do elementów elektrycznych pod napięciem, przy zachowaniu której, w przypadku pojawienia się wyładowania łukowego, może ulec on poparzeniu drugiego stopnia”. Energia wyładowania z kolei to parametr określający, jaka ilość ciepła może zostać uwolniona w przypadku wystąpienia wyładowania łukowego; na jej podstawie ustala się klasę ochronności ubrań ochrony osobistej PPE, które muszą być zakładane przez pracowników w czasie pracy przy danych urządzeniach elektrycznych. Ograniczenia związane z ochroną przed wstrząsem i porażeniem elektrycznym polegają zwykle na dopuszczeniu obecności w strefach zagrożenia tylko określonych osób, odpowiednio przeszkolonych w zakresie znajomości zagrożeń i zabezpieczonych przed kontaktem z elementami pozostającymi pod napięciem.
Kwalifikacje serwisantów
Prawidłowo przeprowadzona analiza zagrożenia wyładowaniami łukowymi powinna zawierać trzy podstawowe elementy: analizę stanów zwarciowych, analizę czasowo-prądową zadziałania urządzeń zabezpieczających i analizę możliwych wyładowań łukowych. W typowych przypadkach 90% kosztów całej analizy zagrożeń stanowią analizy stanów zwarciowych i zadziałania urządzeń zabezpieczających. Całkowite koszty analizy zagrożeń wyładowaniami łukowymi mogą zawierać się w kwotach od kilku tysięcy złotych w przypadku niewielkich budynków czy hal produkcyjnych, do kilkudziesięciu tysięcy i więcej w przypadku dużych budynków, hal czy całych kompleksów przemysłowych. Przeprowadzanie szczegółowych analiz zagrożeń wyładowaniami łukowymi to zjawisko stosunkowo nowe. Jeszcze w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych XX w. formuły obliczeń poziomów zagrożeń nie były w ogóle określone; pierwsze wzmianki o stosownych wymaganiach pojawiły się dopiero w normie NFPA 70E z roku 2000. Pierwszym dokumentem wprowadzającym ostatecznie obowiązek realizacji tego typu analiz była norma IEEE 1584 z roku 2002, zawierająca wytyczne i określająca niezbędne techniki w tym zakresie. Norma ta to doskonały materiał źródłowy, umożliwiający wykształcenie własnych standardów prowadzenia analiz zagrożeń. Ponieważ jednak, jak już wspomniano, wymogi te i techniki realizacji analiz są stosunkowo nowe, uprawnienia i odpowiednie doświadczenie do ich przeprowadzania posiada tylko wąskie grono inżynierów elektryków. Jednocześnie wymagania norm muszą być jak najszybciej spełnione przez wszystkie zakłady przemysłowe, pragnące utrzymać swą pozycję na bardzo konkurencyjnym rynku. Powstaje zatem sytuacja, gdzie duże zapotrzebowanie na usługi analizy zagrożeń wyładowań łukowych napotyka na barierę związaną z bardzo ograniczoną liczebnie grupą inżynierów i firm specjalizujących się w prowadzeniu tego typu analiz na wysokim poziomie. Stąd na rynku pojawiło się wiele mniejszych firm i ośrodków, deklarujących możliwość wykonania analizy zagrożeń, które jednak charakteryzują się niską jakością i dokładnością.
Dlatego też niebagatelne zadanie staje przed menedżerami przedsiębiorstw przemysłowych, którzy analizując oferty wielu podmiotów usługowych obecnych na rynku, muszą wybrać najlepszą i zarazem optymalną pod względem kosztów. Obowiązuje tu oczywiście zasada, że wybór oferty najtańszej zwykle oznacza niską jakość usługi. Złożoność zadań związanych z przeprowadzeniem odpowiednich pomiarów i właściwą interpretacją ich wyników wymaga zwiększonych nakładów finansowych, które jednak gwarantują wiarygodność przeprowadzonej analizy i zapewniają odpowiednie bezpieczeństwo zarówno samych procesów przemysłowych, jak i ich obsługi. Wybór dobrego usługodawcy wymaga zebrania pewnych danych związanych z nakładanymi przez przepisy wymaganiami oraz oczekiwaniami przedsiębiorstwa w zakresie bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych.
Oto zestawienie kilku czynników, jakie powinny odegrać istotną rolę w procesach decyzyjnych menedżerów:
- Analiza zagrożeń wyładowaniami łukowymi powinna zawierać pełną analizę stanów zwarciowych i analizę czasowo-prądową zadziałania urządzeń zabezpieczających.
- Cała procedura analiz powinna być przeprowadzana przez inżynierów-profesjonalistów posiadających odpowiednie licencje i certyfikaty.
- Przedstawiająca ofertę firma usługowa powinna dysponować co najmniej 10-letnim doświadczeniem w prowadzeniu badań instalacji elektrycznych i co najmniej 4-letnie w realizacji analiz zagrożeń wyładowaniami łukowymi.
- Firma usługowa powinna dysponować również listą referencyjną wykonanych badań w zakładach przemysłowych – najlepiej przynajmniej 10 firm, gdzie prowadzono badania w ciągu ostatnich 12 miesięcy.
- Firma usługowa powinna mieć możliwość przyznawania odpowiednich etykiet potwierdzających poziom energii wyzwalanej w czasie poszczególnych niebezpiecznych zdarzeń, zgodnie z kategoriami PPE i wyliczeniami z przeprowadzonych badań. Etykiety te powinny być zgodne z normami i spełniać wymagania odpowiednich standardów branżowych.
- W przedstawionym końcowym raporcie z analiz powinny się znaleźć zalecenia odnośnie możliwości technicznych redukcji zagrożeń pracowników obsługi i sprzętu w miejscach szczególnie niebezpiecznych, wyszczególnionych w analizie.
- Integralną częścią końcowego raportu analiz powinien być uproszczony schemat zbadanego systemu zasilania z wyszczególnieniem przebadanych linii i magistral, kabli przyłączeniowych do urządzeń elektrycznych, z obliczeniami maksymalnych prądów zwarciowych w istotnych punktach systemu i innymi informacjami przydatnymi w szybkim ustaleniu poziomów zagrożeń w danym systemie zasilania.
W niektórych przedsiębiorstwach do przeprowadzenia niezbędnych analiz możliwe jest wykorzystanie własnych zasobów inżynierskich, co z reguły jest rozwiązaniem najlepszym. Może się jednak okazać, że niektórzy inżynierowie nie są do końca zaznajomieni z nowoczesnymi technikami badań i analiz zagrożeń wyładowaniami łukowymi – wówczas niezbędne będzie przeprowadzenie dla nich dodatkowych szkoleń. W takim przypadku można skorzystać z oferty wyspecjalizowanych w tym zakresie firm i instytucji doradczo-szkoleniowych. Decydując się na wykorzystanie własnych zasobów ludzkich, warto też pamiętać, że inżynierowie ci mogą niewłaściwie oszacować czas niezbędny im do przeprowadzenia prac badawczych i analiz, szczególnie gdy bazują oni na dotychczasowym swoim doświadczeniu w prowadzeniu tradycyjnych badań instalacji elektrycznych. W przypadku analiz zagrożeń wyładowaniami łukowymi wymagane jest zebranie większej ilości danych oraz sporządzenie szczegółowej dokumentacji instalacji, dlatego też czas ten zwykle jest nieco dłuższy.
Wybór serwisanta
Zlecenie i wykonanie analizy zagrożeń wyładowaniami łukowymi w zakładzie przemysłowym jest niezwykle istotne dla zapewnienia najwyższego poziomu bezpieczeństwa pracowników oraz spełnienia wymagań nakładanych przez współczesne normy i standardy bezpieczeństwa funkcjonowania przedsiębiorstw. Jednakże przy ostatecznym wyborze podmiotu wykonującego analizę, o czym wspominano już wcześniej, nie warto iść na łatwiznę, biorąc pod uwagę jedynie jak najniższe koszty i proponowany w ofercie krótki czas realizacji zadania. Warto więc poświęcić trochę czasu na dokonanie szczegółowej analizy ofert rynkowych firm i instytucji badawczych, tak by wybrać jak najlepsze rozwiązanie, które przyniesie wymierne korzyści dla całego przedsiębiorstwa.
Joseph Weigel
Joseph Weigel, menedżer działu produktów w firmie Square D Services, Schneider Electric. Aktywnie działa w zakresie rozwoju programu bezpieczeństwa i ochrony przed wyładowaniami łukowymi, opracowywanym w firmie Schneider Electric, ukierunkowanym na edukację klientów firmy w tym kierunku. Posiada ponad 30-letnie doświadczenie w branży elektrycznej.
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza
