Ryzyko zwarcia łukowego i pożaru, który może zostać wzniecony przez wadliwe działanie rozdzielnic niskiego napięcia, sprawia, że wdrożenie odpowiedniego sprzętu i procedur stanowi podstawowe narzędzie, dzięki któremu można chronić życie pracowników, zmniejszyć ryzyko katastrofalnych uszkodzeń i zapewnić ciągłość pracy.
Konstrukcja urządzeń musi być starannie przemyślana w celu uniknięcia usterek. Każde bowiem zetknięcie się metalowych części rozdzielnicy, będących pod napięciem, jest przyczyną powstawania prądów zwarciowych, które mogą uszkodzić sprzęt. Jednak w wielu przypadkach takie zetknięcie tworzy dodatkowo zwarcie łukowe, co stwarza poważne zagrożenie dla osób pracujących w pobliżu miejsca awarii, a także dla samej aparatury łączącej i otaczającego ją sprzętu.
W przypadku zwarcia łukowego gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia wewnątrz rozdzielnicy ma poważne konsekwencje, takie jak wyrzut roztopionego metalu i innych elementów łączeniowych w powietrze. To nie tylko zagraża personelowi utrzymania ruchu lub serwisu, pracującemu w pobliżu rozdzielnicy, ale zazwyczaj fizycznie niszczy zestawy aparatury rozdzielnic oraz może spowodować dodatkowe uszkodzenia pobliskich urządzeń i obiektów. Często się zdarza, że drzwi i okna w budynku ulegają zniszczeniu przez uwolnioną w ten sposób energię.
Co więcej, następująca przerwa w dostawie energii i czas potrzebny na przygotowanie wymiany rozdzielnicy może prowadzić do długotrwałych przestojów – ich skutki są szczególnie dotkliwe w budynkach komercyjnych o znaczeniu krytycznym, takich jak zakłady przetwórcze, obiekty przemysłowe, centra danych, szpitale i węzły transportowe.
Innymi słowy, tych kilka sekund, w których może dojść do niespodziewanego i intensywnego wybuchu destrukcyjnej energii, może mieć konsekwencje trwające kilka tygodni, a nawet miesięcy.
Aby zminimalizować ryzyko takich niebezpiecznych zjawisk i ich konsekwencji, można przedsięwziąć kilka opisanych dalej kroków. Przedstawione niżej uwagi powinny być wzięte pod uwagę przez inżynierów, projektantów, konsultantów, techników oraz instalatorów.
1. Ocena ryzyka
Przed przystąpieniem do montażu lub modernizacji rozdzielnicy należy przeprowadzić jej kompleksowe badanie. Ponieważ większość rozdzielnic niskonapięciowych jest wyprodukowana na zamówienie, nie ma jednolitej specyfikacji bezpieczeństwa. Z tego powodu podejmowane działania zależą wyłącznie od instalacji, jej lokalizacji i prawdopodobnego wykorzystania. Mając to na uwadze, ważne jest regularne wykonywanie przeglądów, ponieważ przepisy, wymogi rynkowe i wymagania klientów z czasem zazwyczaj ulegają zmianom. Na przykład często pojawia się potrzeba zwiększenia liczby stanowisk pracy, co zwiększa również presję i zapotrzebowanie na nieprzerwane dostawy energii.
Przy przeglądzie należy pamiętać o technologii, w jakiej wykonana jest rozdzielnica, czy jest to zabudowa stacjonarna, czy wtykowa i jaki jest poziom wewnętrznej separacji. Kolejną kwestią jest zakres wymaganej konserwacji w zależności od wieku rozdzielnicy, która może wymagać częstszej niż zwykle interwencji serwisu. Te warunki użytkowania powinny być uwzględnione w projekcie już na samym początku.
W tej dziedzinie znaczenie nowoczesnych technologii szybko się zwiększa. Wprowadzane są innowacyjne narzędzia, które pomagają ocenić ryzyko mogące zaistnieć w konkretnym projekcie i wskazać na funkcje zabezpieczające, konieczne do wyeliminowania tych zagrożeń. Zaleca się zasięgnąć porady renomowanego producenta tego typu urządzeń na najwcześniejszym etapie procesu projektowania.
W przypadku istniejących instalacji należy rozważyć przede wszystkim wiek rozdzielnicy, a także jej wyposażenie. Ważne jest również uwzględnienie miejsca, w którym będzie się znajdować rozdzielnica – takie czynniki, jak wilgotność, zabrudzenia i aktywność sejsmiczna mogą wpływać na funkcjonalność elektryczną rozdzielnicy.
Innym elementem oceny powinna być weryfikacja możliwych sposobów dostępu do rozdzielnicy. Kluczowym pytaniem w tym zakresie jest, czy niewykwalifikowani pracownicy lub podwykonawcy mają dostęp do rozdzielnicy, zwiększając tym samym ryzyko wystąpienia zwarcia łukowego.
W celu zapewnienia integralności rozdzielnicy oraz bezpieczeństwa osób pracujących przy instalacji lub w jej pobliżu, ocena bezpieczeństwa powinna obejmować przegląd procedur konserwacji, monitorowania i obsługi oraz czy są one wcześniej zdefiniowane i ujednolicone zgodnie z akredytowanymi instrukcjami. Rutynowe użycie osobistego wyposażenia ochronnego, w tym odzieży, powinno być postrzegane jako ważna część programu najlepszych praktyk. Bardzo ważne jest dodatkowe szkolenie, ponieważ pozornie małe błędy, takie jak pozostawione przypadkowo narzędzia, mogą mieć katastrofalne skutki podczas pracy bezpośrednio przy rozdzielnicach z otwartymi drzwiami lub zdjętymi osłonami.
Aby zminimalizować zagrożenie, warto pamiętać o pięciu podstawowych zasadach, które obowiązują podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych. Po pierwsze: należy odłączyć urządzenie od sieci; po drugie: podjąć kroki, aby zapobiec ponownemu załączeniu; po trzecie: wykonać test w celu upewnienia się, że w rozdzielnicy nie ma niezbezpiecznych napięć; po czwarte: upewnić się, że obecna jest ochrona w postaci wyłącznika różnicowoprądowego chroniącego przed zwarciem; i wreszcie po piąte: należy zabezpieczyć wszystkie części będące pod napięciem przed przypadkowym dotknięciem.
2. Zapoznanie się z wymaganiami przepisów
Podstawowe wymogi dotyczące instalacji zostały określone przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną w normie PN-EN 61439 „Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe” (IEC 61439) dotyczącej montażu rozdzielnic. Jeden z przykładowych wymogów dotyczy certyfikatów typu, które zazwyczaj są nabywane podczas procesu testowania. Certyfikaty typu powinny obejmować kluczowe obszary, w tym wytrzymałość materiału, klasę ochronną obudów, szczeliny powietrzne i odstępy izolacyjne, ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym i różnicowym, sposoby montażu, wewnętrzne obwody i połączenia, właściwości izolacyjne, odporność na zwarcia i kompatybilność elektromagnetyczną.
Najważniejszą cechą charakterystyczną dla każdej nowej rozdzielnicy jest jej wewnętrzna separacja. Ogólnie rzecz ujmując, im lepsza wewnętrzna separacja, tym lepszy poziom ochrony przed błędami i potencjalnymi zagrożeniami, takimi jak zwarcia łukowe. Jest to szczególnie istotne w czasie, kiedy personel utrzymania ruchu pracuje na otwartym zestawie rozdzielnic.
Należy jednak zauważyć, że zgodność z PN-EN 61439, będąca podstawowym krokiem ku bezpieczeństwu, może nie wystarczyć do zapewnienia najwyższego możliwego poziomu ochrony. Nowsze technologie umożliwiają wzmocnioną ochronę wykraczającą poza to, co jest wymagane przez normę, a tym samym dodatkowo zmniejszają ryzyko wystąpienia szkodliwych lub niebezpiecznych sytuacji.
W niektórych krajach ocena zagrożenia w miejscu pracy musi zostać przeprowadzona przez pracodawcę. Dotyczy to również sytuacji, w których personel utrzymania ruchu pracuje na rozdzielnicy lub w pobliżu jej zestawu.
Najnowszym opracowaniem strategii bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych jest ocena ryzyka oparzeń powstających w wyniku łuku elektrycznego. Uzupełnienie Analizy Zagrożeń Łukiem Elektrycznym jest już obowiązkowe w Europie i określone w ramach normy PN-EN 50110-1.3 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych” (EN 50110-1.3). Opiera się ona na wymaganiach standardu NFPA 70E-2015, który został już dawno ustanowiony w Stanach Zjednoczonych. Jest to jedyne rozporządzenie, które ustala metodę obliczania energii wypadkowej. Znajomość tej normy jest warunkiem wstępnym do obiektywnej oceny ryzyka błędu łuku elektrycznego podczas pracy przy magistrali.
3. Zachowanie ostrożności
Jedną z najczęstszych przyczyn zwarcia łukowego jest zetknięcie się elementów metalowych z zestawem rozdzielnic pod napięciem, które może wystąpić podczas instalacji, obsługi i konserwacji.
Głównym czynnikiem wpływającym na łatwość obsługi rozdzielnicy jest sposób, w jaki jest ona wykonana, czy jest w technologii stacjonarnej, czy też wtykowej. W zastosowaniach, w których nie powinno być przerw w zasilaniu urządzeń, zalecana jest technologia wtykowa, ponieważ urządzenia mogą zostać wymienione po odłączeniu od nich napięcia. Szczególną zaletą tego rozwiązania jest fakt, że inne urządzenia lub jednostki funkcjonalne mogą w tym czasie pracować.
Najbezpieczniejsze systemy rozdzielnic obejmują takie elementy, jak osłony przed bezpośrednim dotykiem, aby uniemożliwić operatorowi bezpośredni kontakt z częściami pod napięciem (np. szynami głównymi). Inną cechą, którą należy rozważyć, jest automatyczna przegroda, która blokuje dostęp do głównych szyn zbiorczych lub szyn rozdzielczych po wyjęciu modułu wtykowego.
4. Monitorowanie wydajności
Temperatura pracy w rozdzielnicy stanowi ważny wskaźnik wszelkich problemów, jakie mogą wystąpić. Stare, przeciążone lub źle utrzymane rozdzielnice albo rozdzielnice zawierające luźne połączenia mogą być podatne na rozwój „gorących miejsc”. Takie miejsca nie tylko zwiększają ryzyko wybuchu pożaru, ale mogą także przyczynić się do powstania warunków, w których występuje zwarcie łukowe. Luźne połączenia mogą powodować serie zwarć łukowych, co może prowadzić do poważniejszego w skutkach zwarcia łukowego.
Tradycyjną już metodą wykrywania zmian temperatury jest termografia. Ta metoda jest jednak bardzo ograniczona pod względem skuteczności i dokładności, ponieważ cechuje ją ograniczona widoczność niektórych wewnętrznych obszarów, które mogą być zasłonięte przez inne części. Dodatkowo wykazuje ona tylko „chwilową wartość”, co ogranicza jej użyteczność.
Dostępne są już na rynku rozwiązania, które oferują ciągłą kontrolę temperatury, przez 24 godziny na dobę i 7 dni w tygodniu, korzystając z topologii promieniowej. Radiowe czujniki temperatury, o własnym źródle zasilania, umożliwiają kontakt z nawet najbardziej trudnymi do osiągnięcia miejscami na szynach w rozdzielnicy i są połączone z modułem kontrolnym. System ten porównuje aktualne pomiary z ustalonymi wartościami progowymi w oparciu o tysiące testów, zapewniając maksymalny potencjał rozdzielnicy, bez ryzyka przeciążenia. Ostrzeżenia i alarmy mogą być wysyłane natychmiast w przypadku wykrycia problemu. Dane mogą być analizowane lokalnie lub zdalnie, a możliwość pobierania danych w standardowych formatach wykresów Excel jest ważna dla długoterminowej archiwizacji i oceny trendów.
Monitorowanie tego typu umożliwia konserwację predykcyjną, dzięki czemu naprawy mogą być przeprowadzane w zaplanowany sposób, z minimalnymi przerwami w dostawach energii.
5. Szybka reakcja
Oprócz zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia potencjalnie szkodliwych błędów dzięki ciągłej kontroli temperatury ważne jest również wdrożenie systemów, które ograniczają poziom uszkodzeń powstałych w wyniku poważnej awarii. Ma to szczególne znaczenie w zastosowaniach o kluczowym znaczeniu energetycznym, wymagających niezwykle niezawodnego zasilania energią elektryczną i wysokich poziomów zwarć.
Na rynku dostępne jest rozwiązanie redukujące czasy zadziałania wyłączników po zwarciu. Jest ono stosowane w wyłącznikach powietrznych do natężenia prądu 6300 A. Funkcja ARMS (arc reduction maintenance system) jest aktywowana ręcznie przez personel utrzymania ruchu lub automatycznie przy użyciu wyłącznika krańcowego podczas otwierania drzwi rozdzielnicy. Znacznie obniżona wartość energii wypadkowej minimalizuje ryzyko zwarcia łukowego dla personelu.
Aktywny system ochrony przed zwarciami łukowymi zdecydowanie zmniejsza energię generowaną przez zwarcie łukowe, ograniczając czas jego trwania do kilku milisekund.
Podsumowanie
Mówi się, że w obliczu zagrożenia liczy się każda sekunda. W przypadku zwarcia łukowego liczy się nawet każda milisekunda. Dzięki identyfikacji zwarcia łukowego i inicjacji wyłączenia zwarcia łukowego w tak krótkim czasie uszkodzenia rozdzielnicy, urządzeń oraz pomieszczeń w jej otoczeniu zostają znacząco zredukowane.
Lutz Graumann – menedżer ds. rozwoju firmy dla producentów rozdzielnic i partnerów w firmie Eaton, František Štěpán – menedżer ds. marketingu produktów systemów i usług w firmie Eaton.
