Kategorie Agregaty prądotwórcze

Projektowanie i badanie ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania w obwodach o układzie zasilania TN

Ochronę przeciwporażeniową w obwodach zasilających zasilacze UPS lub przemienniki częstotliwości poprzez samoczynne wyłączenie o układach zasilania TN, należy projektować zgodnie z ogólnymi zasadami określonymi w normie PN-IES 60364. Każdy obwód na początku musi posiadać zabezpieczenia zwarciowe w postaci wyłącznika nadprądowego lub bezpiecznika topikowego.

Prąd znamionowy bezpieczników lub prądy nastawcze członu zwarciowego wyłączników muszą zostać dobrane z uwzględnieniem różnych stanów roboczych oraz odkształcenia prądu tak by w normalnych warunkach pracy urządzenia nie następowało przerwanie zasilania.

Zasilacze UPS oraz niskonapięciowe przemienniki częstotliwości przy jednofazowym zwarciu na wyjściu lub w instalacji odbiorczej przez nie zasilanej nie wprowadzają asymetrii prądów wejściowych, co skutkuje niemożliwością wyłączenia zasilania w fazie objętej zwarciem. Przyczyną tego stanu jest falownik, który symetryzuje obciążenie w takt komutacji aktywnych elementów przekształtnika co skutkuje cyklicznym załączaniem na zwarcie wszystkich faz.

Przekształtniki zasilaczy UPS oraz przemienników częstotliwości ze względu na konieczność ochrony przed uszkodzeniem prądem zwarciowym elementów aktywnych są wyposażane w układy automatyki ograniczający prąd wyjściowy do wartości nie większej niż 2,5 In (gdzie: In – prąd znamionowy). Ograniczenie prądu zwarciowego powoduje trudności w uzyskaniu skutecznego samoczynnego wyłączenia zasilania na wejściu przekształtnika nawet gdy jest on urządzeniem jednofazowym.

Działanie automatyki ograniczającej prąd zwarciowy (stosowanej do ochrony półprzewodnikowych elementów kluczujących) nie powoduje przerwania galwanicznego obwodu zasilającego przez co nie może być traktowane jako samoczynne wyłączenie zasilania. W większości przypadków wzrost prądów wyjściowych w tych urządzeniach skutkuje przełączeniem zasilania na bypass wewnętrzny i ominięciem przekształtnika, jednak podczas projektowania ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie tego stanu nie należy brać pod uwagę chociażby ze względu na możliwość uszkodzenia toru obejściowego.

W związku z tym za kryterium ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach zasilanych przez UPS lub przemiennik częstotliwości należy przyjąć ograniczenie napięcia dotykowego do wartości dopuszczalnej długotrwale, przyjmowanej w zależności od warunków środowiskowych.

Przy pomiarze impedancji pętli zwarcia w obwodach zasilanych poprzez zasilacze UPS proponuje się wykonanie oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej przed dotykiem pośrednim przez sprawdzenie, czy w czasie zwarcia doziemnego o prądzie zwarciowym równym Ia wystąpiłoby na częściach przewodzących dostępnych napięcie dotykowe o wartości nie przekraczającej napięcia dotykowego, dopuszczalnego długotrwale w danych warunkach środowiskowych.

Badanie stanu ochrony przeciwporażeniowej dla tak przyjętych zasad wykonuje się przez obliczenie spodziewanych wartości napięć dotykowych, jakie wystąpią na objętych ochroną częściach przewodzących dostępnych jednocześnie podczas metalicznego zwarcia doziemnego. Dla dokonaniu obliczeń należy wykonać pomiar impedancji pętli zwarcia z pominięciem (przez zmostkowanie zacisków wejściowych i wyjściowych jednej z faz) przemiennika częstotliwości i przy równoczesnym przerwaniu ciągłości przewodów pozostałych faz i przewodu neutralnego. Po wykonaniu pomiaru impedancji pętli zwarcia należy obliczyć impedancję przewodu PE przyjmując ją jako równą 0,5 zmierzonej impedancji.

Zgodnie z wymaganiami normy PN-IEC 60364 uważa się, że ochrona jest skuteczna, jeżeli napięcie dotykowe jest mniejsze od dopuszczalnego długotrwale w danych warunkach środowiskowych. Jeżeli warunek ten nie jest spełniony, to należy wykonać połączenie wyrównawcze dodatkowe (miejscowe), łączące badaną część przewodzącą dostępną z częściami przewodzącymi dostępnymi innych urządzeń elektrycznych, oraz z częściami przewodzącymi obcymi znajdującymi się w otoczeniu badanego urządzenia. Skuteczność wykonanego połączenia wyrównawczego dodatkowo sprawdza się przez obliczenie spodziewanej wartości napięcia dotykowego.

Kategorie Agregaty prądotwórcze

Układy współpracy zespołu prądotwórczego z siecią elektroenergetyczną

zespół prądotwórczy z siecią elektroenergetyczną

Poniżej przedstawiono ogólną koncepcję zasilania obiektu budowlanego z podziałem na kategorie zasilania zgodne z przyjętym podziałem funkcjonującym od szeregu lat w gospodarce elektroenergetycznej:

  • Kategoria I – odbiorniki dla których przerwa w zasilania powstała z dowolnej przyczyny może spowodować zagrożenie dla życia ludzi lub bardzo poważne straty w materiale.
  • Kategoria II – odbiorniki, dla których dopuszczalna przerwa w zasilaniu może wynosić do kilkudziesięciu sekund (czas potrzebny na uruchomienia źródła zasilania awaryjnego, z którego zasilane są tylko odbiorniki niezbędne dla normalnego funkcjonowania obiektu budowlanego).
  • Kategoria III – odbiorniki dla których przerwa w zasilaniu nie powoduje żadnych negatywnych skutków (rezerwowe źródło zasilania, tj. drugi transformator, jest instalowane tylko w uzasadnionych przypadkach, np.: szpital, zakład przemysłowy, centra przetwarzania informacji, dworce kolejowe i lotnicze, urzędy administracji państwowej, itp.)

Często można spotkać sytuację, że podstawowym źródłem zasilania obiektu budowlanego jest stacja transformatorowa przyłączona do Systemu Elektroenergetycznego (SEE). Źródłem rezerwowym jest stacja transformatorowa przyłączona do SEE i zasilana inną linią elektroenergetyczną niż stacja nr 1.

Zespół prądotwórczy jest przyłączany do instalacji elektrycznej połączonej z systemem elektroenergetycznym, przez co projektant jest zobowiązany do zapewnienia właściwej współpracy zespołu prądotwórczego z siecią elektroenergetyczną. Zespół prądotwórczy stanowi w tym przypadku źródło awaryjne, które nie może dostarczać energii do sieci elektroenergetycznej. Powoduje to konieczność projektowania układów uniemożliwiających pracę równoległą źródeł lub wsteczne podanie napięcia do sieci z generatora zespołu prądotwórczego. W przypadku zespołów prądotwórczych uruchamianych ręcznie należy stosować ręczne przełączniki zasilania.

Natomiast zespoły wyposażone w układy samorozruchu i samozatrzymania należy wyposażyć w układy automatyki SZR z blokadą mechaniczną i elektryczną.

W przypadku zespołów prądotwórczych wyposażonych w automatykę samorozruchu i samozatrzymania należy pamiętać, że część układów automatyki zainstalowana jest  zespole i w przypadku pozostawania zespołu w warunkach gotowości do pracy wymaga zasilania z sieci elektroenergetycznej (grzałki, dekoder zaniku faz, itp.). Obwody te należy zabezpieczyć prze przeciążeniami, przepięciami oraz porażeniami i wykonać w układzie TN-S.

Ze względu na pewność zasilania nie należy do ich zabezpieczania stosować wyłączników różnicowoprądowych. Przekroje przewodów należy dobierać tak, by został zachowany warunek samoczynnego wyłączenia oraz warunek długotrwałej obciążalności prądowej i przeciążalności zgodnie z wymaganiami normy PN-IEC 60364 (wzory 2,4 i 5).

Kategorie Agregaty prądotwórcze

Dodatkowe badania serwisowe zespołu prądotwórczego

pomiary elektryczne zespołu prądotwórczego

Do podstawowych badań zespołu prądotwórczego przy ocenie bezpieczeństwa elektrycznego zespołu prądotwórczego oprócz klasycznego pomiaru rezystancji izolacji, należy również zaliczyć pomiar upływy prądu, pomiar rezystancji przejścia pomiędzy dostępnymi częściami metalowymi czy pomiar rezystancji uziemienia.

Pomiar prądu upływu.

Po włączeniu napięcia obserwuje się wskazania miliamperomierza. Stopniowo zmniejsza się wartość rezystancji nastawionej na rezystorze dodatkowym do wartości stanowiącej z rezystancją obwodu pomiarowego wypadkową wartość 2000 W. Po doprowadzeniu rezystancji obwodu pomiarowego do wymienionej wartości dokonuje się odczytu wartości prądu.

W przypadku zespołów prądotwórczych wyposażonych w wyłączniki różnicowoprądowe, regulując wartość rezystancji obwodu pomiarowego, odczytuje się wartość prądu zadziałania wyłącznika. Pomiar należy przeprowadzić osobno dla każdego przewodu skrajnego. Wynik pomiaru uznaje się za pozytywny, jeżeli wartość prądu upływu nie przekroczy 5 mA, a w szczególnym przypadku wartości określonej w PN-EN 60335-1 „Bezpieczeństwo elektrycznych przyrządów do użytku domowego i podobnego”.

Pomiar rezystancji przejścia pomiędzy dostępnymi częściami metalowymi.

Pomiar ten służy do oceny zagrożenia od napięć dotykowych powstającego na łączeniach części składowych zespołu wskutek działania doziemnego prądu zwarciowego. Wykonuje go się przez połączenie zacisków pomiarowych technicznego mostka Thomsona  z zaciskiem ochronnym zespołu i zaciskami ochronnymi generatora, tablicy bezpiecznikowo-rozdzielczej, tablicy przyłącza gniazd wyjściowych, bloku automatycznej regulacji napięcia, filtru przeciwzakłóceniowego i ramy zespołu prądotwórczego.

Ponadto przeprowadza się pomiar połączeń metalicznych innych styków z przewodami ochronnymi zespołu, jeżeli rozwiązanie konstrukcyjne zespołu ma takie połączenia. Wynik pomiaru uznaje się za pozytywny, jeżeli rezystancja przejścia każdego połączenia metalowych części przewodzących dostępnych z głównym punktem uziemiającym lub szyną nie przekracza 0,002 W.

Pomiar rezystancji uziemienia.

Pomiar rezystancji uziemienia zespołu prądotwórczego przeprowadza się induktorowym miernikiem uziomów. Przed przystąpieniem do pomiaru powinno się poddać oględzinom stan instalacji uziemiającej. Należy sprawdzić stan połączeń punktu uziemiającego zespołu prądotwórczego oraz ewentualnie stan połączenia przewodu uziomowego z uziemieniem. Wartość rezystancji uziemienia uzyskaną w wyniku pomiaru należy przeliczyć następnie na wartość uwzględniającą stan gruntu.

Wynik pomiaru uznaje się za pozytywny w przypadku, gdy Robl <= 5 W. W przypadku warunków polowych wynik pomiaru należy uznać za miarodajny bez potrzeby przeliczania z uwzględnianiem współczynnika poprawkowego.

Pozostałe pomiary bezpieczeństwa agregatu prądotwórczego.

Innymi badania zespołu prądotwórczego jest sprawdzenie działania zabezpieczeń (pomiar progu oraz czasu zadziałania)  – nie wykonuje się do w normalnych warunkach eksploatacyjnych.

Pomiar wytrzymałości elektrycznej izolacji zespołu prądotwórczego wykonuje się za pomocą automatycznego próbnika izolacji o napięciu nie mniejszym niż 2500 V, którego przewody przyłącza się do zacisków mierzonych obwodów. Celem badania jest sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej: izolacji obwodu głównego względem masy (obudowy) zespołu, izolacji obwodu wzbudzenia (obwodu regulacyjnego w zespołach z generatorem bezszczotkowymi) względem masy (obudowy), izolacji pomiędzy obwodem głównym, a uzwojeniem wzbudzenia.

Kategorie Agregaty prądotwórcze

Zjawiska fizyczne występujące w agregacie prądotwórczym podczas zwarć

Zespół (agregat) prądotwórczy w stosunku do systemu elektroenergetycznego jest tzw. źródłem miękkim, w którym impedancja obwodu zwarciowego ulega szybkim zmianom w czasie zwarcia (przyjmuje się, że system elektroenergetyczny charakteryzuje się stałą impedancją obwodu zwarciowego z uwagi na dużą wartości mocy zwarciowej).

W chwili wystąpienia zwarcia zmianie ulega rozpływ strumieniu magnetycznych w generatorze zespołu prądotwórczego. W początkowej fazie zwarcia, nazywanej stanem przejściowym, wskutek działania klatki tłumiącej, strumień główny wytwarzany przez prąd zwarciowy płynący w uzwojeniu stojana jest wypychany poza wirnik. W stanie tym reaktancja generatora charakteryzuje się małą wartością, wynoszącą przeciętnie 10-15% wartości reaktancji generatora w stanie statycznym. Stan ten trwa bardzo krótko ze względu na małą wartość elektromagnetycznej stałej czasowej, wynoszącej dla generatorów nN średnio 0,01 s.

Działanie klatki tłumiącej, ze względu na małą wartość jej rezystancji, szybko ustaje, co skutkuje powolnym wchodzeniem strumienia głównego w wirnik. Stan ten, nazywany stanem przejściowym, charakteryzuje wzrost reaktancji generatora, która dla generatorów nN wynosi średnio 30-40% wartości reaktancji statycznej generatora.

Generator w krótkim czasie przechodzi w stan ustalony zwarcia, co objawia się dalszym wzrostem reaktancji obwodu zwarciowego. W stanie ustalonym zwarcia strumień główny oraz strumień wzbudzenia zamykają się przez wirnik generatora. Zjawisko prowadzi do gwałtownego wzrostu reaktancji generatora, która dla generatorów nN wynosi 200-300% wartości reaktancji statycznej generatora.

W aktualnie konstruowanych agregatach i zespołach prądotwórczych instalowany jest regulator prądu wzbudzenia, wyposażony w układ forsowania. Podczas zwarcia pozwala on na utrzymanie określonej wartości reaktancji generatora. Wartość ta charakteryzowana jest krotnością prądu znamionowego generatora, utrzymywaną przez czas nie dłuższy nić 10 s. Ograniczenie czasowe utrzymywania określonej wartości reaktancji generatora podczas zwarć wynika z warunku wytrzymałości termicznej izolacji uzwojeń generatora. Wydłużenie  tego czasu może skutkować zniszczeniem izolacji uzwojeń generatora. Problemy te występują głównie w generatorach starego typu, często wykorzystywanych do zasilania gospodarstw rolnych.  Dlatego ważne jest, aby ludzie zajmujący się instalowaniem zespołów i agregatów prądotwórczych mieli świadomość zagrożenia., jakie może stwarzać zespół prądotwórczy zasilający instalację elektryczną w warunkach zakłóconych (zwarcie w odbiorniku lub instalacji).

Kategorie Agregaty prądotwórcze

Badania zespołu prądotwórczego – Pomiar rezystancji izolacji

pomiar rezystancji izolacji

Do podstawowych badań stosowanych przy ocenie bezpieczeństwa agregatu prądotwórczego należy zaliczyć następujące pomiary:

  • Rezystancji izolacji,
  • Wytrzymałości elektrycznej izolacji,
  • Prądu upływu,
  • Czasu i progu działania zabezpieczeń,
  • Rezystancji przejścia pomiędzy dostępnymi częściami metalicznymi,
  • Rezystancji uziemienia.

Pomiar rezystancji izolacji głównej uzwojenia stojana prądnicy

Pomiary kontrolne stanu izolacji mają istotne znaczenie, gdyż jest to sprawdzenie ochrony przed dotykiem bezpośrednim badanego urządzenia lub badanej instalacji.

Pomiar wykonuje się podczas zatrzymanego agregatu prądotwórczego za pomocą miernika rezystancji izolacji. Badanie polega na pomiarze rezystancji uzwojeń głównych generatora, uzwojeń wzbudzenia i rezystancji izolacji pomiędzy uzwojeniem wzbudzenia, a obwodem głównym generatora. Pomiar rezystancji uzwojeń głównych przeprowadza się przez włączenie elektrod pomiarowych pomiędzy poszczególne styki gniazda dawczego lub pomiędzy zaciski wyjściowe zespołu a zacisk uziomowy. Rezystancję izolacji obwodu wzbudzenia (obwodu regulacyjnego w zespołach z generatorami bezszczotkowymi) przeprowadza się przez włączenie elektrod pomiarowych między zacisk uziemienia i jeden z zacisków uzwojenia wzbudzenia. Natomiast pomiar rezystancji pomiędzy uzwojeniem wzbudzenia, a uzwojeniem głównym należy przeprowadzić przez włączenie elektrod pomiarowych pomiędzy jeden z zacisków uzwojenia wzbudzenia a styk L1 gniazda dawczego lub zacisków wyjściowych.

Przy urządzeniach z układami elektronicznymi, pomiary należy wykonywać pomiędzy przewodami fazowym i neutralnym, połączonymi razem, a ziemią, celem uniknięcia uszkodzenia elementów elektronicznych.

pomiar rezystancji izolacji w agregacie prądotwórczym

Pomiary rezystancji izolacji wykonuje się prądem stałym (aby wyeliminować wpływ pojemności na wynik pomiaru). Do pomiaru zaleca się stosować megaomomierz o napięciu znamionowym:

  • O,5 kV – dla uzwojeń generatorów na napięcie do 0,5 kV,
  • 1,0 kV – dla generatorów na napięcie powyżej 0,5 kV do 1 kV.

Przed przystąpieniem do pomiarów badane uzwojenie należy uziemić na 5 minut. Odczytów dokonuje się po 15, 30, 45 i 60 sekundach, licząc od chwili przyłożenia napięcia do uzwojenia, oznaczając mierzone wyniki odpowiednio prze R15, R30, R45 i R60 w megaomach. Pomiar powinien być przeprowadzony w warunkach zbliżonych do warunków normalnych podczas pracy, tj. w temperaturze 15-25 0C i przy wilgotności 40-75 % prze czas około 60 s.

Przy porównywaniu zmierzonych wartości izolacji należy pamiętać o jej zależności od temperatury. Ze wzrostem temperatury o 100C wartość rezystancji izolacji zmniejsza się w przybliżeniu dwukrotnie, przy obniżeniu temperatury – przeciwnie.

Negatywny wynik pomiaru może świadczyć o zawilgoceniu, zabrudzeniu lub uszkodzeniu izolacji. Pomiary te należy wykonywać co najmniej co 6 miesięcy oraz po każdorazowym stwierdzeniu wadliwej pracy generatora. Przedstawiony sposób pomiarów dotyczy agregatów prądotwórczych bezszczotkowych powszechnie stosowanych do awaryjnego zasilania obiektów budowlanych.