Uczestniczyłem ostatnio w seminarium poświęconym wyładowaniom łukowym (arc flash), na którym prelegent zapytał uczestników: „Ilu z was pracuje w zakładzie, który posiada aktualny zestaw schematów instalacji elektrycznej?”. Pytanie poprzedził wyjaśnieniem, co oznacza termin „aktualny” – nie chodzi tylko o precyzyjny rysunek, ale również o dokumentację, która uzupełnia schematy. Precyzyjna dokumentacja instalacji elektrycznej musi odwzorowywać elektroenergetyczny system zakładu.
Ilu obecnych na seminarium ludzi podniosło rękę w górę? Ani jeden.
W wykazie firm uczestniczących w seminarium widniało wielu szanowanych producentów. Nikt jednak nie mógł się pochwalić posiadaniem precyzyjnego schematu.
Alarmująca liczba zakładów produkcyjnych pracuje bez posiadania precyzyjnej dokumentacji elektroenergetycznej.
Schemat instalacji elektrycznej to najważniejszy rysunek, jaki może posiadać zakład, zapewnia on bowiem poznanie własnego systemu elektrycznego. Uproszczony schemat to rysunek, w którym jedna linia reprezentuje 3-fazowy system zasilania (patrz ramka: „Co powinien zawierać schemat jednoliniowy”). Jeśli schemat jest dobrze narysowany, pokazuje prawidłową ścieżkę dystrybucji mocy od źródła do każdego obciążenia – łącznie z mocami znamionowymi i wielkościami każdego urządzenia elektrycznego, okablowania oraz urządzeń zabezpieczających.
Koordynacja urządzeń zabezpieczających
Niezależnie od tego, jakiego rodzaju urządzenia zabezpieczające są stosowane, muszą być koordynowane z uwzględnieniem ich krzywych czasowo-prądowych oraz względem siebie. Ale jeśli schemat nie jest dokładny, to w zasadzie koordynacja urządzeń zabezpieczających jest prawie niemożliwa do osiągnięcia.
John Lane, główny inżynier elektryk w firmie AVO Training Institute, wyjaśnia, że urządzenia zabezpieczające, takie jak bezpieczniki, wyłączniki i przekaźniki, mają krzywe, które są nanoszone na wykres logarytmiczny pokazujący prąd w funkcji czasu. Koordynacja urządzeń zabezpieczających wymaga ustawienia tych urządzeń odpowiednio do krzywych tak, że w momencie pojawienia się awarii urządzenie zabezpieczające znajdujące się najbliżej miejsca wystąpienia awarii reaguje tak szybko jak to tylko możliwe, minimalizując zagrożenie dla ludzi i maszyn oraz izolując problem przy spowodowaniu jak najmniejszych zakłóceń dla pozostałej części elektrycznego systemu zakładu.
Urządzenia zabezpieczające o dłuższych opóźnieniach pomagają zabezpieczyć kosztowne procesy. Urządzenia zabezpieczające o charakterystykach czasowo-prądowych, które minimalizują niepotrzebne wyłączenia, pomagają zapewnić utrzymanie procesu w ruchu – szczególnie dotyczy to dużych silników wymagających znacznego prądu rozruchowego. Ale takie konfiguracje mogą w znacznym stopniu zwiększyć prąd wyładowań.
Z drugiej strony urządzenia, które wyzwalają czy wyłączają zwarcia w trybie natychmiastowym, redukują liczbę możliwych prądów zakłóceniowych. Ale w takim przypadku zwiększa się występowanie konieczności uciążliwego wyłączania.
W niektórych zakładach wykonywane są prowizoryczne obwody zastępcze eliminujące wykorzystanie urządzeń zabezpieczających, które usuwają zwarcia w trybie natychmiastowym, jeśli praca na obwodach pod napięciem jest absolutnie konieczna. Po wykonaniu naprawy urządzenia zabezpieczające z opóźnieniami czasowymi włączane są z powrotem do obwodów.
Takie rozwiązanie zabezpiecza pracowników poprzez ograniczenie możliwych prądów wyładowań, kiedy pracownicy są narażeni na ryzyko w czasie serwisowania i koordynacji urządzenia zabezpieczającego podczas normalnego procesu produkcyjnego. Zapewnia to kontynuację procesu (produkcja nie zostanie przerwana). Istnieje jednak niebezpieczeństwo polegające na tym, że elektrycy przedłużają czas pracy w pobliżu obwodów pod napięciem, ponieważ muszą dokonać przełączeń urządzeń zabezpieczających. Ponadto jeśli nie umieści się urządzeń zabezpieczających z powrotem na właściwym miejscu, istnieje ryzyko utraty koordynacji oraz wystąpienia zagrożenia bezpieczeństwa pracujących elektryków.
Istota zabezpieczeń polega na tym, aby osiągnąć właściwą równowagę pomiędzy ochroną a produkcją. Właściwa koordynacja urządzeń zabezpieczających oznacza znalezienie tej ulotnej doskonałej równowagi pomiędzy zapewnieniem maksymalnego bezpieczeństwa pracowników a maksymalizacją czasu trwania procesu.
Urządzenia pod napięciem
W większości zakładów obowiązuje jakaś procedura lockout/tagout (LO/TO). Procedura ta wymaga odłączenia źródła zasilania przed przystąpieniem do wykonywania naprawy, zablokowania możliwości ponownego podłączenia zasilania przez osoby nieupoważnione oraz opisania założonej blokady (osoba + przyczyna założenia blokady). Procedura ta jest wymogiem amerykańskiej organizacji zajmującej się bezpieczeństwem w miejscu pracy – OSHA.
Konieczność stosowania tej procedury nie jest nowością. Przynajmniej w jakimś stopniu część osprzętu jest odłączona podczas wykonania naprawy. Istotą wytycznych OSHA jest zapewnienie tego, co nakazuje zdrowy rozsądek, że przed przystąpieniem do naprawy należy wyłączyć zasilanie. Wytyczne OSHA dominują w sytuacjach, w których zdrowy rozsądek zawodzi.
Ale czyż my wszyscy nie znamy ludzi, którzy pracują na obwodach pod napięciem? Tak. I czyż wszyscy nie znamy sytuacji, w których jest to konieczne? Tak. I czyż wszyscy nie znamy ludzi, którzy doznali uszczerbku na zdrowiu, pracując na obwodach, od których zasilanie zostało odłączone? Tak.
OSHA wymaga w swoim 29 CFR 1910.333(a)(1): „części będące pod napięciem muszą być odłączone, chyba że pracodawca potrafi wykazać, iż odłączenie napięcia powoduje dodatkowe lub zwiększone zagrożenia”.
Wytyczne NFPA-70E opublikowane w roku 2004 zawierają szczegółowe wymagania, jakie trzeba spełnić, aby wykonywać prace elektryczne na obwodach pod napięciem, wymagające pisemnego pozwolenia na wykonywanie pracy na lub w pobliżu obwodów, które są pod napięciem 50 V lub więcej. Według specjalisty z NFPA „pozwolenie na pracę na obwodach pod napięciem zapewnia pisemne udokumentowanie, że spełnienie wymagań OSHA zakazujących pracy na obwodach pod napięciem jest niemożliwe”.
Wykonalność to trudny wymóg do spełnienia. Jednakże NFPA wprowadziła taki wymóg. Po rozwianiu wątpliwości związanych z wykonalnością celem pisemnego pozwolenia na wykonywanie prac pod napięciem jest zweryfikowanie, że elektrycy oraz osoby, które domagają się wykonania pracy, są w pełni świadomi i w pełni rozumieją „istniejące zagrożenia oraz konieczność stosowania właściwych szkoleń, procedur i technik”. Specjalista z NFPA podkreśla, że „pozwolenie na pracę na obwodach pod napięciem zapewnia również odpowiedzialność za wykonywanie polityki i procedur”. Po co ryzykować, pracując na obwodach pod napięciem, szczególnie teraz, kiedy NFPA-70E wymaga dokumentowania na papierze i odpowiedzialności? Należy wyłączać, blokować i opisywać zgodnie z procedurą. Ale aby to zrobić, konieczne jest posiadanie właściwej dokumentacji systemu elektrycznego.
Wyładowania łukowe oraz precyzyjna dokumentacja
Możliwy prąd wyładowań jest wprost proporcjonalny do ochrony przeciwłukowej oraz ograniczonego, bardzo ograniczonego i zakazanego zbliżania do granicy. Możliwa energia wyładowań zależy od prądu i czasu. Impedancja systemów elektrycznych bezpośrednio wpływa na wielkość prądów wyładowań. Czas usuwania prądów wyładowań zależy od systemu bezpieczeństwa. Precyzyjny schemat systemu elektrycznego jest niezwykle istotny do ustalania możliwych prądów wyładowań.
John Lane podkreśla konieczność posiadania schematu, który odzwierciedla elektryczny system zakładu, a który jest punktem początkowym do oceniania zagrożeń związanych z wyładowaniami łukowymi. – Każda ścieżka dystrybucji zasilania w każdym zakładzie jest inna. Każdy komponent tych ścieżek musi zostać wzięty pod uwagę podczas oszacowywania potencjalnego zagrożenia wyładowaniami łukowymi. Wykonanie analizy zagrożeń wyładowaniami łukowymi jest więcej niż zalecane, to powinno zostać zrobione – mówi Lane.
|
Co powinien zawierać schemat jednoliniowy
Jednym ze sposobów zapewnienia, że posiadany schemat jest precyzyjny. jest wyznaczenie wykwalifikowanej, odpowiedzialnej osoby, której zadaniem będzie aktualizowanie tego najważniejszego dokumentu. Osoba ta musi być przeszkolonym elektrykiem — profesjonalistą, powinna znać „elektryczną historię” zakładu, mieć uprawnienia do wprowadzania zmian do dokumentacji i obowiązujących polityk, powinna być odpowiedzialna za ten proces. Schematy można aktualizować poprzez wykorzystanie wypróbowanego, prawdziwego programu CAD. Istnieją jednak różne programy komputerowe, które analizują systemy zasilania elektrycznego, zapewniają precyzję schematów jednoliniowych, zarządzają zmianami i rewizjami, a nawet wykonują analizy zagrożeń wyładowaniami łukowymi. Niezależnie od rodzaju stosowanych narzędzi ważne jest zapewnienie precyzji schematów jednoliniowych i związanej z nimi dokumentacji technicznej.
Jednoliniowy schemat systemu dystrybucji zasilania w zakładzie powinien zawierać:
Więcej informacji dotyczących wyładowań łukowych, NFPA-70E oraz precyzji dokumentacji elektrycznej znaleźć można pod adresem nfpa.org. |
Autor: Jack Smith, Plant Engineering
