EN
Elektroinženýr na potravinářském závodě zjistil, že jediné přetížení jističe napájecího vedení způsobilo kaskádový výpadek v celém nadřazeném ochranném systému a vypnulo celou balicí linku – ne kvůli katastrofální poruše, ale protože při původním návrhu nízko napěťové distribuce nebyla provedena studie koordinace ochran. Ztráta výroby způsobená čtyřhodinovým výpadkem přesáhla náklady na řádnou studii koordinace ochran dvacetinásobně. Návrh nízko napěťové distribuce nemusí být viditelný pro uživatele budov ani pro manažery výroby, avšak v případě selhání se důsledky šíří do každého systému, který je závislý na elektrické energii.
Základní konstrukční principy
Výpočet zatížení a faktory diversity
Každý návrh rozvodu nízkého napětí začíná přesným výpočtem zatížení – dokumentovaným seznamem všech obvodů, jejich připojeného zatížení v kilowattech nebo kilovoltampérech a jejich očekávaných provozních charakteristik. Třífázová zatížení, jako jsou motory, kompresory klimatizačních zařízení a průmyslové topné články, jsou rovnovážně rozdělena mezi jednotlivé fáze, aby se minimalizoval proud v neutrálním vodiči a napěťová nerovnováha. Jednofázová zatížení – osvětlovací obvody, zásuvkové obvody pro běžné použití, kancelářská zařízení – jsou rozdělena mezi tři fáze tak, aby rozdíl mezi nejvíce a nejméně zatíženou fází nepřesáhl 15 procent. Koeficienty diversity berou v úvahu skutečnost, že ne všechna připojená zatížení pracují současně při plném jmenovitém výkonu. U osvětlení v komerční budově může být koeficient diversity 0,9, zatímco u zásuvkových obvodů v kancelářských prostorách se může uplatňovat hodnota 0,3 až 0,5, což odráží skutečnost, že v daném okamžiku je aktivní pouze zlomek zásuvek. Správné uplatnění koeficientů diversity brání nadměrnému dimenzování transformátorů, hlavních sběrnic a nadřazeného jističového zařízení – nadměrné dimenzování totiž zvyšuje náklady, zvětšuje fyzickou náročnost instalace a může dokonce snížit energetickou účinnost, protože transformátory pracují méně efektivně při nízkém zatížení.
Koordinace ochran a selektivita
Selektivní koordinace znamená, že při výskytu poruchy funguje pouze ochranná zařízení bezprostředně před poruchou přerušovač, který napájí poruchové okruhy, zatímco všechny přerušovače před poruchou zůstávají zavřené. K dosažení tohoto cíle je zapotřebí koordinační studie, která znázorní časově charakteristické křivky každého ochranného zařízení v distribuční hierarchii, od hlavního příjemce až po konečné přerušovatele. U tvarovaných výfukových rozvodů v nízkonapěťových rozvodných zařízeních se koordinace obvykle dosahuje výběrem výfukových rozvodů s různými nastavením okamžitého spouštění nebo zavedením časových zpoždění v zařízeních nahoru. V konstrukcích výstupních rozvodů, jako jsou nízkonapěťové panely typu MNS nebo GCS, mohou být rozvodníky konfigurovány s elektronickými výstupními jednotkami, které nabízejí nastavitelné nastavení ochrany na dlouhou dobu, krátkou dobu a okamžitou ochranu flexibilitu, která zjednodušuje Ochrana proti poruchám v zemi si zaslouží zvláštní pozornost při navrhování distribuce nízkého napětí. V případě, že je chybou při přemísťování 400 ampérů, nemusí být dostatečný proud k aktivaci ochranné jednotky proti přemnoženému proudu, takže chyba může zůstat nepozorovaná. Speciální relé nebo rozvodníky proti podmořskému selhání s integrovanou ochranou proti podmořskému selhání poskytují citlivost potřebnou k detekci a odstranění těchto nebezpečných podmínek.
Busbar a tepelné řízení
Hlavní sběrný systém v nízkonapěťové rozváděčové sestavě přenáší souhrnný zatěžovací proud všech připojených přívodů. Průřez sběrnic je vybírán na základě trvalého proudového zatížení, odolnosti proti zkratovému proudu a limitů teplotního vzestupu stanovených normou IEC 61439 nebo ekvivalentními normami. Měděné sběrnice jsou standardem pro většinu aplikací; hliníkové sběrnice se používají tam, kde má přednost váha a cena, za předpokladu, že vhodné bi-kovové spoje zabrání galvanické korozi v místech přechodu materiálů. Tepelné řízení uvnitř rozváděčové skříně má přímý vliv na výkon sběrnic i jističů. Chlazení přirozenou konvekcí prostřednictvím větracích mřížek je pro většinu instalací dostačující, avšak sestavy umístěné v prostředí s vysokou okolní teplotou nebo provozované trvale blízko svého jmenovitého proudu mohou vyžadovat nucené větrání. Standardní limit teplotního vzestupu pro spoje sběrnic činí 70 kelvinů nad okolní teplotou pro holou měď a 65 kelvinů pro cínem pokryté spoje – překročení těchto limitů urychluje oxidaci, zvyšuje přechodový odpor a vytváří samo-posilující se cyklus degradace.
Nejčastější dotazy
Jaký je rozdíl mezi pevným a vytahovatelným nízkonapěťovým rozváděčem?
U pevného rozváděče jsou jističe trvale namontovány na sběrnici, takže pro jejich výměnu je nutné rozváděč odpojit od napájení. U vytahovatelných konstrukcí jsou jističe umístěny na vozíku, který lze vytažením z rozváděče zkontrolovat nebo opravit bez odpojení celého rozváděče od napájení, čímž se snižuje prostoj při výměně nebo testování jističů.
Jak se určuje hodnota krátkodobého zkratového proudu pro nízkonapěťový distribuční rozváděč?
Odolnost rozváděče vůči zkratu musí překračovat maximální možný zkratový proud v místě jeho instalace. Běžné hodnoty se pohybují v rozmezí 25 kA až 100 kA po dobu jedné sekundy a jsou vypočteny na základě impedancí transformátoru, impedancí kabelů od zdroje napájení a příspěvku motorů připojených rotačních zátěží.
Jaké normy se uplatňují při návrhu nízkonapěťového rozváděče?
IEC 61439 upravuje nízkonapěťové rozváděče a řídicí zařízení, včetně typových zkoušek a pravidelného ověřování. Konkrétní části se zabývají rozvaděči pro provozovatele, napájecími rozváděči pro kvalifikované osoby a systémy sběrných lišt. IEC 60947 se týká jednotlivých spínacích a ochranných zařízení.
Jak ovlivňuje nebezpečí obloukového výboje návrh nízkonapěťového rozvodu?
Studie obloukového výboje vypočítávají dopadovou energii v každém bodě rozvodní soustavy, což slouží k výběru osobních ochranných prostředků a ovlivňuje rozhodnutí o návrhu, jako je například dálkové vsunování/vytahování vysunovatelných jističů, konstrukce rozváděčů odolných proti obloukovému výboji a zónově selektivní blokování za účelem snížení doby vypnutí oblouku.
Jakou roli hrají vodiče neutrálu a uzemnění v návrhu soustavy?
Nulový vodič přenáší vyrovnávací zpětný proud ze třífázové soustavy a musí být dimenzován odpovídajícím způsobem – v soustavách se významnými harmonickými zatíženími z elektronických zařízení může nulový vodič vést proud převyšující proud fázových vodičů, což vyžaduje zvětšení jeho průřezu. Ochranný uzemňovací vodič poskytuje cestu pro zkratový proud a musí být dimenzován tak, aby odolal předpokládanému zkratovému proudu po dobu potřebnou k činnosti ochrany.
Jak často je třeba přezkoumávat studie koordinace ochran?
Studie koordinace ochran je třeba přezkoumávat pokaždé, když jsou do soustavy přidány nebo odebrány významné zátěže, když se změní charakteristiky dodávky od distribuční soustavy, nebo nejpozději v intervalech pěti let. Změny nastavení ochran nadřazeného napájení ze strany distribuční soustavy, stárnutí izolace kabelů v průběhu času a výměna zařízení za jiná s odlišnými charakteristikami všechny ovlivňují platnost původní analýzy koordinace.