W styczniu 2005 roku weszły w życie zmiany wprowadzone do amerykańskiego Krajowego Kodeksu Elektrycznego (National Electric Code – NEC), które dotyczą szaf sterowniczych. Fakt ten z pewnością zainteresuje eksporterów na rynek amerykański, a jest ich przecież coraz więcej. Dla zainteresowanych wymogami obowiązującymi w Polsce zamieszczamy komentarz na str. 14. Z pozoru może się również wydawać, że zmiany te dotyczą jedynie firm kompletujących (Original Equipment Manufacturer – OEM) oraz producentów szaf. Ponieważ jednak gotowe szafy trafiają do zakładów, dobrze jest wiedzieć, czego należy oczekiwać po wprowadzonych zmianach.
Zgodnie z NEC 2005 na szafach sterowniczych należy umieszczać wartości znamionowe prądu zwarcia (short-circuit current ratings – SCCR), co ułatwia proces inspekcji oraz dopuszczania produktów do użycia. W artykule opisujemy wymogi UL-508 oraz 2005 NEC Artykułu 409, które obejmują właśnie SCCR przemysłowych szaf sterowniczych (fot. 1).
|
|
|
Fot. 1. Ostatnie zmiany przepisów dotyczą szaf sterowniczych, takich jak pokazana na zdjęciu (zdjęcie dzięki Schneider Electric) |
Oznaczenia SCCR na elementach ułatwiają inspektorom weryfikowanie właściwego poziomu zabezpieczeń wymaganego dla danej aplikacji. Standardy te dotyczą nowych instalacji, jak również przenoszenia maszyn i urządzeń. Według nowej wersji kodeksu wartości „SCCR dla danego elementu czy urządzenia muszą być równe lub większe od prądu zwarcia występującego tam, gdzie dane urządzenie jest instalowane w systemie”.
Regulacje i standardy
Regulacja jest wymogiem, a standard odniesieniem, do którego odwołują się niektóre regulacje w celu ułatwienia zrozumienia lub zapewnienia części technicznych czy proceduralnych (rys. 2). Amerykańskie Ministerstwo ds. Bezpieczeństwa Pracy (Occupational Safety and Health Administration – OSHA) publikuje i narzuca regulacje, amerykańskie Krajowe Stowarzyszenie Przeciwpożarowe (National Fire Protection Association – NFPA) sporządza standardy. OSHA odnosi się coraz częściej do standardów NFPA – łącznie z amerykańskim Krajowym Kodeksem Elektrycznym, wykorzystując go do uzasadniania i egzekwowania wprowadzanych regulacji.
Rys. 2. Reprezentanci przemysłu elektrycznego mają zawsze wspólny cel — bezpieczne instalacje oraz stosowanie bezpiecznych produktów i systemów. System Bezpieczeństwa Ameryki Północnej składa się z trzech podstawowych, związanych ze sobą składników, aby zapewnić bezpieczne produkty i instalacje, jak pokazano na ilustracji. Krajowy Kodeks Elektryczny (ang. NEC — National Electric Code) ustanawia podstawowe wymogi dla produktów elektrycznych i systemów. Normy dotyczące produktów opisują wymogi projektowe, konstrukcyjne oraz dotyczące bezpieczeństwa, aby zapewnić zgodność z przepisami dotyczącymi instalacji. Większość zainstalowanych urządzeń sterowania i dystrybucji znajduje się na liście programu certyfikacji. Organy kontrolne opierają się na certyfikacjach przeprowadzonych przez inne firmy, aby upewnić się, że produkt odpowiada stosownym normom a instalacja — przepisom. Wszystkie połączone komponenty tworzą skuteczny system bezpieczeństwa elektrycznego (zdjęcie dzięki Schneider Electric)
W Polsce nie ma organizacji (instytucji) statutowo zobowiązanej do opracowywania wytycznych lub projektów norm. Inicjatywa normalizacyjna jest prawem każdej organizacji tym zainteresowanej (technicznie lub ekonomicznie). Jedyną instytucją powołaną do stanowienia norm jest Polski Komitet Normalizacyjny, który jednocześnie odpowiada za ogólne stosowanie norm. Weryfikacja wdrażania norm przez producentów i dostawców oraz stosowania ich przez użytkowników jest statutowo wykonywana przez uprawnione instytucje o statusie „inspekcji państwowej” (PIH, UDT, itp.). Jest to także element nacisku użytkowników na producentów i dostawców.
W USA OSHA angażuje się w dane zagadnienia zazwyczaj wtedy, gdy ma miejsce jakiś wypadek. Zakłady, dla których zapewnienie bezpieczeństwa elektrycznego stanowi priorytet, znają i rozumieją wymagania OSHA i proaktywnie dostosowują się do zmian wprowadzanych do NEC. Takie zakłady posiadają i aktualizują programy, których celem jest zapewnienie bezpieczeństwa elektrycznego.
Czym jest SCCR?
Wartość prądu zwarcia to nie to samo, co wartość prądu przerywanego – ważne jest zrozumienie różnicy pomiędzy nimi. Wartość znamionowa prądu przerywanego to maksymalny prąd zwarciowy, jaki bezpiecznik czy wyłącznik jest w stanie bezpiecznie przerwać w standardowych warunkach testowych; nie zapewnia to jednak zabezpieczenia elementów obwodów czy urządzeń. Odpowiednie wartości prądu przerywanego zawiera NEC 409.110.9.
Wartość znamionowa prądu zwarcia to maksymalny prąd zwarcia, jaki może bezpiecznie wytrzymać dany komponent lub urządzenie zabezpieczane danym urządzeniem do zabezpieczania nadprądowego lub w określonym przedziale czasowym. Odpowiednie SCCR zawiera NEC 409.110.10. SCCR dotyczy zabezpieczania komponentów, zespołów komponentów lub całych szaf sterowniczych.
Oznaczenia SCCR są bardzo ważne, ponieważ nie tylko są wymagane dla zapewnienia zgodności z NEC 110.10, ale również upraszczają proces inspekcji i uzyskiwania dopuszczenia do eksploatacji oraz pomagają wyeliminować zagrożenia w sytuacjach, w których komponenty i urządzenia są poddawane działaniu prądów powyżej ich wartości znamionowych. Zagrożenie występuje tam, gdzie zdarzają się wyższe prądy zakłóceniowe.
Przemysłowe szafy sterownicze
Nowy artykuł 409 w NEC 2005 dotyczy Przemysłowych Szaf Sterowniczych. Znajdują się tam specyficzne wymogi dotyczące przemysłowych szaf sterowniczych, do tej pory nie objętych regulacjami. Szafy i panele sterownicze są stosowane w wielu obszarach zakładów przemysłowych do sterowania maszynami i procesami. Wiele z nich to rozwiązania unikatowe, jedyne w swoim rodzaju.
|
|
|
Rys. 3. W USA przemysłowe szafy sterownicze muszą być opatrzone informacjami o dopuszczalnych wartościach prądu zwarcia (zdjęcie dzięki Cooper Bussmann) |
Według Georga Gregory, menedżera do spraw standardów przemysłowych w firmie Schneider Electric, zanim NFPA wprowadziła artykuł 409, Underwriters Laboratories, Inc. wdrożyła UL 508A – pierwszą edycję ogłoszoną oficjalnie w kwietniu 2001 r. UL 508A zaczęło wprowadzać zwiększony stopień standaryzacji tych szaf sterowniczych, które posiadały oznaczenia znamionowe wystawione na bazie testów przeprowadzanych przez firmy zewnętrzne. Jednakże wiele szaf nie znalazło się na liście, ponieważ nie były ujęte przez NEC lub stanowiły część maszyn czy urządzeń, które były modernizowane lub przerabiane po początkowej instalacji. Z wprowadzeniem artykułu NEC numer 409 inspektorzy będą bardzo szczegółowo zajmować się szafami sterowniczymi.
Znacznym rozszerzeniem zasięgu zarówno UL 508A, jak i artykułu NEC 409 są nowe regulacje dotyczące SCCR w przemysłowych szafach sterowniczych. Wymogi opisane dla SCCR w NEC 409.110 precyzują:
|
Na przemysłowej szafie sterowniczej mają się znaleźć następujące oznaczenia, umieszczone po instalacji w sposób czytelny i widoczny (rys. 3). Wartości znamionowe prądu zwarcia w przemysłowych szafach sterowniczych oparte są na jednym z poniższych:
a. najwyższa dopuszczalna wartość prądu zwarcia dla wymienionego i oznaczonego zespołu
b. najwyższa dopuszczalna wartość prądu zwarcia ustalona za pomocą aprobowanych metod
FPN: UL 508A-2001 Suplement SB to przykład jednej aprobowanych metod. |
Wymóg dotyczący umieszczania na przemysłowych szafach sterowniczych informacji o najwyższej dopuszczalnej wartości prądu zwarcia wszedł w życie, kiedy NEC 2005 został przyjęty przez jurysdykcję każdego stanu, tym samym stał się powszechnie obowiązujący. Nastąpiło to na początku roku 2005.
Wymóg UL 508A dla SCCR pojawił się w Suplemencie SB. Wymagania te są obecnie na etapie przyjmowania i staną się obowiązujące w kwietniu 2006 r. Żeby jednak przemysłowa szafa sterownicza miała ważne oznaczenie SCCR zgodne z NEC, musiałaby być oceniona pod kątem tych wartości, zgodnie z wymogami Suplementu SB.
Oto jak firma kompletująca (OEM), producent maszyn lub szaf może otrzymać SCCR dla szafy sterowniczej:
-
Test każdej konstrukcji przeprowadzony zgodnie z określoną sekwencją testową prądu zwarcia.
-
Zakup elementów składowych od producenta, który już przetestował połączenia komponentów i udokumentował wyniki testów.
-
Zastosowanie metody ewaluacji wyszczególnionej w Suplemencie SB, dzięki czemu producent szaf czy OEM może zapewnić, że każdy komponent posiada SCCR, a prąd zwarcia nie przewyższa najniższej dopuszczalnej wartości najsłabszego komponentu szafy.
Ogólnie rzecz biorąc, elementy będące częściami składowymi obwodów sterujących lub te, które nie znajdują się w obwodach pierwotnych, takie jak lampy kontrolne i linie energetyczne wykorzystane do transmisji informacji komputerowych (Power Line Communication – PLC) nie będą musiały mieć osobnych SCCR. Jedynie elementy wyposażenia znajdujące się na ścieżce dystrybucji mocy muszą mieć oznaczenie wartości prądu zwarcia SCCR.
Na przykład jeśli w danej szafie sterowniczej znajdują się komponenty, takie jak wyłączniki, sterowanie silnikiem i rozrusznik, na szafie należy umieścić wartość komponentu, która jest najniższa (rys. 3). Gdyby SCCR były otrzymywane od producenta komponentu, scenariusz wyglądałby następująco:
|
Ponieważ najniższa z dopuszczalnych wartości prądu zwarcia dla elementu wyposażenia szafy wynosi 5 kA, jest to również wartość obowiązująca dla całej szafy. Inna procedura polega na wykorzystaniu grupy komponentów, które zostały przetestowane razem pod kątem określonego SCCR.
Co te zmiany oznaczają dla zakładów przemysłowych?
Chociaż zmiany w kodeksie dotyczą firm kompletujących (OEM), producentów maszyn oraz szaf, wpłyną również na poszczególne zakłady przemysłowe. Oto lista elementów, na które należy zwrócić uwagę:
-
Podczas zamawiania maszyn, urządzeń czy szaf sterowniczych trzeba wybierać te posiadające stosowne oznaczenia, nawet jeśli w przeszłości nie było to praktykowane.
-
Podczas przemieszczania maszym i urządzeń pomiędzy zakładami lub w obrębie jednego zakładu trzeba się upewnić, czy SCCR szaf nadają się do nowej lokalizacji.
-
Poszczególne regulacje stanowe mogą zawierać wymogi, których celem jest zapewnienie, że szafy sterownicze i urządzenia przemysłowe spełniają wymogi NEC oraz odpowiednich standardów, co dotyczy przemieszczania maszyn i urządzeń pomiędzy zakładami, co może spowodować konieczność wykonania dodatkowych przeróbek.
-
Przy wymienianiu elementów w samej szafie sterowniczej należy mieć na względzie wpływ nowo instalowanych elementów na zgodność z regulacjami SCCR dla danej szafy.
-
Podczas wykonywania analiz wyładowań łukowych w zakładzie należy wziąć pod uwagę również maszyny i szafy sterownicze. Choć nie jest to nowość, z wejściem w życie artykułu 409 analizy te będą rozpatrywane bardziej szczegółowo przez same zakłady oraz osoby je wykonujące.
W przypadku przekroczenia prądu związanego z przetężeniem poziom energii może być wyższy niż najniższy SCCR dla danego komponentu szafy. Jeśli wartości dla komponentów są mniejsze niż istniejący prąd zwarciowy, poprawne działanie szafy sterującej jest wątpliwe. Może zajść potrzeba wykonania dalszych badań w celu zapewnienia bezpieczeństwa instalacji elektrycznej.
|
Dyrektywy i normy obowiązujące w Polsce
Wymagania ogólne
Z dniem wstąpienia Polski do Unii Europejskiej, to jest od 1 maja 2004 roku wszystkie wyroby wprowadzane na rynek powinny mieć oznakowanie CE, co jest potwierdzeniem możliwości użytkowania tych wyrobów szczególnie pod względem bezpieczeństwa. Wyrób z oznaczeniem CE powinien co najmniej spełniać wszystkie zasadnicze wymagania określone w dotyczących go dyrektywach Unii Europejskiej. Zasadnicze wymagania zawarte są w załącznikach do dyrektyw i mają gwarantować wysoki poziom bezpieczeństwa wyrobu.
Każdy producent musi przeprowadzić analizę ryzyka w celu stwierdzenia, które z zasadniczych wymagań mają zastosowanie do danego wyrobu. Szczegółowe wymagania techniczne ujęte są w zharmonizowanych normach europejskich. Zgodność z tymi normami pozwala sądzić (zasada domniemania), że dany wyrób spełnia zasadnicze wymagania podane w obejmującej go dyrektywie/dyrektywach i może posiadać oznaczenie CE. Wykazy Polskich Norm zharmonizowanych są publikowane w kolejnych obwieszczeniach Prezesa Polskiego Komitetu Normalizacyjnego. Dyrektywy wymagają od producenta wystawienia deklaracji zgodności, w której zaświadcza on, że wyrób jest zgodny z zasadniczymi wymaganiami.
Wymagania dotyczące szaf sterowniczych
Można przyjąć, że aby szafy sterownicze mogły mieć oznakowanie CE, powinny spełniać wymagania określone w następujących dyrektywach:
1. Niskonapięciowy sprzęt elektryczny — nr 73/23/EWG,
2. Kompatybilność elektromagnetyczna — nr 89/336/EWG,
3. Wyposażenie używane w przestrzeniach zagrożonych wybuchem — nr 94/9/WE (jeżeli lokalizacja szafy jest przewidziana w takiej przestrzeni).
Dyrektywy te zostały wprowadzone do polskiego prawa odrębnymi ustawami, do których wydano odpowiednie rozporządzenia wykonawcze (opublikowane w Dziennikach Ustaw).
Brakuje w Polsce normy odniesionej do elektrycznych szaf sterowniczych z wymaganiami analogicznymi jak w treści artykułu (m.in. oznaczania SCCR). Istnieją normy zharmonizowane poruszające ten aspekt w odniesieniu do ogólnie ujętych „instalacji elektrycznych”. Są to:
1. PN — IEC — 60634 — 1 do 7 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych — Dobór i montaż wyposażenia” (w rozdz. 4 – środki ochrony)
2. PN — IEC — 60865 — 1 „Wytrzymałość zwarciowa” Żadna z nich w swoich rozdziałach nie wymienia szaf jako podmiotu regulacji.
Organizacje takie jak NFPA, IEEE (The Institute of Electrical and Elektronics Engineers — Międzynarodowe Stowarzyszenie Inżynierów Elektryków i Elektroników) oraz OSHA publikują standardy i regulacje, m.in. na swoich stronach internetowych. Zwracając się do nich z prośbą o procedury, standardy oraz aktualizacje, uzyskuje się informacje z pierwszej ręki dotyczące zmian wpływających na pracę zakładu. |
Autor: Jack Smith, Plant Engineering
