Rozdzielnice elektryczne niskiego napięcia w świetle nowych przepisów

Pierwsze przepisy dotyczące tytułowych urządzeń zaczęto wprowadzać już z końcem XIX wieku. W latach 70. zeszłego stulecia opracowano pierwszą wersję normy IEC 60439, która na lata stała się dokumentem obowiązującym. Dopiero 2009 roku została opublikowana pierwsza wersja "nowej" normy IEC 61439.

Wprowadzono w niej znaczące modyfikacje w porównaniu do starej IEC 60439. Zmiany były konieczne, ponieważ w stosunku do tej ostatniej projektanci, producenci oraz prefabrykatorzy rozdzielnic niskiego napięcia zgłaszali liczne zastrzeżenia.

Powszechnie narzekano, że norma IEC 60439 została po prostu źle napisana, przez co jej treść była nieuporządkowana, a wiele zagadnień nie zostało doprecyzowanych. Dlatego trudno było ją zrozumieć, a subiektywne interpretacje nie zawsze okazywały się najtrafniejszymi.

Największe trudności sprawiało rozróżnienie badań częściowych PTTA i badań pełnych TTA. Ponadto w pierwszej części normy IEC 60439 granica między wymaganiami wspólnymi dla wszystkich dokumentów z tej serii, a wymaganiami dla poszczególnych grup produktów była zatarta.

Wszystkie powyższe problemy zostały rozwiązane w normie IEC 61439 (PN-EN 61439 pt. Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe). Podobnie jak wcześniejszą, podzielono ją na części. Nowością była w niej część zerowa.

JAKIE NORMY NALEŻĄ DO SERII IEC 61439?

Dokument IEC 61439-0, który nie został przyjęty przez PKN, stanowi przewodnik projektowania rozdzielnic niskonapięciowych. Z kolei PN-EN 61439-1 pt. Postanowienia ogólne określa wspólne wymagania dotyczące tytułowych urządzeń różnych typów.

Jest to dokument podstawowy. Aby określić wymogi, które należy spełnić podczas planowania, produkcji (montażu), badań i przygotowywania dokumentacji rozdzielnic niskonapięciowych równocześnie trzeba się stosować do zapisów odpowiedniej normy produktowej.

Opracowano pięć norm tego typu. Druga część PN-EN 61439 dotyczy rozdzielnic oraz sterownic do rozdziału energii elektrycznej. W PN-EN 64139-3 zostały opisane wymagania dla rozdzielnic instalacyjnych, natomiast w części czwartej dla rozdzielnic, które zostaną zainstalowane na placu budowy.

Do tej serii norm zalicza się również dokumenty: PN-EN 64139-5 pt. Zestawy do dystrybucji mocy w sieciach publicznych oraz PN-EN 61439-6 pt. Systemy przewodów szynowych. Część siódma IEC 61439, która dotyczy rozdzielnic oraz sterownic dla szczególnych miejsc prowadzenia działalności, pomieszczeń i urządzeń szczególnego rodzaju, na przykład kempingów i stacji ładowania pojazdów elektrycznych, nie została wprowadzona przez Polski Komitet Normalizacyjny.

Normy PN-EN 60439 i PN-EN 61439 przez pewien czas obowiązywały jednocześnie. Okresy przejściowe już jednak minęły (patrz ramka).

Normy PN-EN 60439 i PN-EN 61439 jakiś czas obowiązywały jednocześnie, ponieważ dla ich poszczególnych części ustalone zostały okresy przejściowe. Te ostatnie już jednak minęły. Na przykład wraz z początkiem listopada 2014 roku PN-EN 60439-1 pt. Zestawy badane w pełnym i niepełnym zakresie badań typu została całkowicie wycofana. Zastąpiły ją PN-EN 61439-1 i PN-EN 61439-2.

Od marca 2015 roku przestała obowiązywać norma PN-EN 60439-3 pt. Wymagania dotyczące niskonapięciowych rozdzielnic i sterownic przeznaczonych do instalowania w miejscach dostępnych do użytkowania przez osoby niewykwalifikowane - Rozdzielnice tablicowe. Zastąpiła ją norma PN-EN 61439-3.

W czerwcu 2015 roku wycofano PN-EN 60439-2 pt. Wymagania dotyczące przewodów szynowych, którą zastąpiła PN-EN 61439-6, a w grudniu 2015 normę PN-EN 60439-4 na rzecz PN-EN 61439-4. W styczniu 2016 roku analogicznej zamiany dokonano w przypadku szóstych części obu dokumentów.

Jeżeli badania rozdzielnic zostały wykonane zgodnie z wcześniej obowiązującymi normami serii PN-EN 60439, a wyniki badań spełniają wymagania odpowiedniej części norm PN-EN 61439, to ponowna weryfikacja takich rozdzielnic nie jest wymagana.

ROZDZIELNICE ELEKTRYCZNE - CO ZMIENIONO W PN-EN 61439?

Dzięki oddzieleniu pierwszej części ogólnej od pozostałych części szczegółowych norma PN-EN 61439 w porównaniu do PN-EN 60439 jest bardziej uporządkowana. Jasno określono w niej także, kto i za co jest odpowiedzialny w procesie powstawania rozdzielnicy, wyróżniając kilka stron, które biorą w tym udział i każdej z nich przypisując konkretne zadania.

Ponadto zrezygnowano z pełnych badań typu TTA oraz częściowych badań typu PTTA, zastępując je weryfikacją konstrukcji. Tę można przeprowadzić na kilka równoważnych sobie sposobów. Do PN-EN 61439 włączono również normę, która dotyczy pustych obudów (PN-EN 62208).

W normie PN-EN 61439 odpowiedzialność za rozdzielnicę wprowadzaną na rynek rozdzielono wyraźnie między trzech uczestników procesu jej powstawania. Pierwszym z nich jest użytkownik, który ją kupi i będzie używać lub obsługiwać. Zazwyczaj jest on reprezentowany przez projektanta. Pozostałych dwóch to: producent pierwotny (oryginalny producent systemu) i producent zestawu rozdzielnicy (prefabrykator rozdzielnicy).

Użytkownik / projektant ma obowiązek opisać rozdzielnicę jako "czarną skrzynkę", czyli zbiór parametrów widzianych z zewnątrz, na podstawie których dobrane zostanie jej wyposażenie. Norma PN-EN 61439 wyróżnia cztery grupy tych cech, które charakteryzują:

warunki instalacji i otoczenia,
obsługę i konserwację,
podłączenie do sieci elektrycznej,
obwody elektryczne i odbiorniki.

JAK OPISAĆ WARUNKI INSTALACJI I OTOCZENIA ROZDZIENIC ELEKTRYCZNYCH NISKIEGO NAPIĘCIA?

Jeśli chodzi o tytułowe wymogi, to podać trzeba, czy rozdzielnica będzie użytkowana w warunkach standardowych, czy przemysłowych. Zaznaczyć należy, jeżeli może być narażona na nietypowe oddziaływania, na przykład środków chemicznych lub dużych obciążeń mechanicznych oraz określić zakres temperatur i wilgotności otocznia. Ważne, czy będzie użytkowana wewnątrz budynku, a jeżeli tak, to czy będzie się znajdować w zamkniętym, wydzielonym pomieszczeniu, czy w otwartej hali.

Jeśli zostanie zamontowana poza budynkiem, należy doprecyzować, czy w miejscu osłoniętym, czy nie. W drugim przypadku materiał obudowy trzeba będzie przetestować pod kątem odporności na promienie UV i uwzględnić wzrost temperatury pod wpływem jej nagrzewania przez promienie słoneczne. Określić należy wymagany stopień ochrony IP (pyłoszczelność, wodoszczelność).

KTO BĘDZIE OBSŁUGIWAŁ ROZDZIELNICĘ?

Do warunków instalacji zalicza się ponadto rodzaj montażu (naścienny, wolno stojący), dostępną przestrzeń (szerokość, wysokość, głębokość) i maksymalną dopuszczalną wagę. Istotną kwestią są warunki transportu: maksymalne dopuszczalne rozmiary i waga rozdzielnicy w opakowaniu.

W zakresie obsługi i konserwacji zasadniczą kwestią jest, czy do rozdzielnicy będą miały dostęp wyłącznie osoby posiadające odpowiednie kwalifikacje, czy także osoby niewykwalifikowane. Urządzenia, które mogą być użytkowane tylko przez elektryka, powinno się umieszczać za drzwiami albo pokrywami otwieranymi tylko przy użyciu specjalnych narzędzi.

Osoby niewykwalifikowane muszą mieć natomiast możliwość obsługi ręcznej oraz ułatwiony dostęp przez drzwi i pokryw na zawiasach. Użytkownik powinien też podać parametry sieci zasilającej (napięcie, prąd, typ, itp.) oraz zapotrzebowanie na moc odbiorników, ich charakter (rezystancyjny, indukcyjny, pojemnościowy), sposoby ich użytkowania i rodzaje zabezpieczeń.

Jak obliczyć graniczne przyrosty temperatury?

Wyróżnia się dwie metody obliczania granicznych przyrostów temperatur, których zastosowanie jest możliwe, jeżeli spełnione są określone warunki. W przypadku pierwszej prąd znamionowy urządzenia musi być mniejszy niż 630 A, a zestaw rozdzielnicy powinien być zamontowany w jednej szafie. Ponadto należy znać parametry strat mocy wszystkich przewidzianych środków roboczych, źródła strat mocy powinny być rozmieszczone równomiernie, zaś mechaniczne elementy zabudowy i środki robocze nie mogą zaburzać konwekcji powietrza. Obciążenie tych ostatnich przy danym prądzie znamionowym obwodu elektrycznego nie może przekraczać 80%. Ponadto przewody, którymi płyną prądy o natężeniu powyżej 200 A, należy ułożyć tak, żeby nie powodowały dodatkowego wzrostu temperatury przez prądy wirowe i straty histerezy, natomiast przewody głównych torów prądowych muszą być zaprojektowane na min. 125% przewidywanego prądu znamionowego obwodu prądowego. Trzeba również znać zdolność oddawania strat mocy obudowy w zależności od rodzaju montażu i moc chłodniczą aktywnych środków chłodzenia.

Na podstawie powyższych danych dla każdego obwodu elektrycznego wyznacza się stratę mocy przy prądzie znamionowym, straty mocy urządzeń i przewodów. Na podstawie ich sumy, zdolności oddawania ciepła obudowy oraz mocy chłodniczej wyznaczany jest przyrost temperatury zestawu rozdzielnicy. Jeśli nie przekracza ona maksymalnych dopuszczalnych temperatur pracy urządzeń rozdzielczych weryfikację uznaje się za zaliczoną.

Podobne dane potrzebne są do obliczenia granicznych przyrostów temperatur drugim sposobem. W tym przypadku prąd znamionowy urządzenia nie powinien przekraczać 1600 A, zestaw rozdzielnic może się mieścić w więcej niż jednej szafie, a przyrost temperatury zestawu oblicza się z łącznej straty mocy metodą według normy IEC 60890.

ZA CO ODPOWIADA PRODUCENT PIERWOTNY?

Według nowej normy do obowiązków producenta oryginalnego rozdzielnicy niskonapięciowej należy zaprojektowanie i zweryfikowanie tego produktu / konstrukcji. Weryfikacja powinna w tym przypadku polegać na udowodnieniu, że produkt został wykonany zgodnie z wymaganiami PN-EN 61439, które zostały zapisane w kilkunastu punktach w dziesiątym rozdziale pierwszej części tego dokumentu.

W nowej normie wprowadzono trzy metody weryfikacji. Są to sprawdzenia przez: badanie, porównanie albo obliczenia / ekspertyzę. Choć sposoby te są sobie równoważne, w praktyce najbardziej wiarygodne wyniki zapewnia rzeczywiste przetestowanie produktu, który jest poddawany weryfikacji (badania przeprowadza się na jego reprezentatywnych próbkach).

Z drugiej jednak strony jest to metoda droższa od pozostałych, a ponadto w przypadku niektórych punktów kontrolnych trzeba przeprowadzić badania niszczące. Dlatego, mimo że dla części z nich norma narzuca jeden sposób, dla większości dopuszcza różne metody sprawdzenia.

JAK ZWERYFIKOWAĆ ODPORNOŚĆ NA KOROZJĘ?

PN-EN 61439 wymaga m.in. sprawdzenia wytrzymałości materiałów i części. W tym punkcie wyróżniono aż siedem podpunktów. Wśród nich jest na przykład sprawdzenie odporności na korozję. Weryfikacji w tym przypadku można dokonać wyłącznie przez badanie. Pozostałe podpunkty dotyczą właściwości materiałów izolacyjnych.

Są to m.in.: wytrzymałość cieplna, odporność na ciepło nadzwyczajne i ogień na podstawie wewnętrznych oddziaływań elektrycznych i odporność na promieniowanie ultrafioletowe (dotyczy tylko obudów i części instalowanych na wolnym powietrzu). W przypadku pierwszej cechy należy przedstawić wynik badania w temperaturze +70°C trwającego 168 godzin z czasem odpoczynku trwającym 96 godzin. Sprawdzenie jest wymagane w przypadku części, które są umieszczone na zewnątrz obudowy i mają wpływ na stopień ochrony. Jedyną dopuszczalną metodą jest badanie. Jeżeli chodzi o drugą cechę, to temperatura, którą powinna wytrzymać dana część, zależy od jej przeznaczenia.