ZŁ-2 - Zabezpieczenie łukoochronne

     Chroni życie ludzkie i urządzenia
 

     Błyskawiczne wyłączenie
 

     
     Detekcja światła przy pomocy czujników czołowych
 

     Autotestowanie sprawności układu i ciągłości światłowodu
 

     Beznapięciowe podłączenie czujników
 

     Autonomiczne
 

     Wiele lat doświadczeń
 

Istota problemu

Według oficjalnych danych statystycznych Państwowej Inspekcji Pracy w ciągu roku w całym kraju na skutek zwarć łukowych ginie kilkanaście osób, a dziesiątki doznają ciężkich uszkodzeń ciała. Urządzenia elektryczne, w których wystąpiło zwarcie łukowe są zniszczone w takim stopniu, że najczęściej trzeba wymienić je na nowe. W konkretnych przypadkach straty z uwzględnieniem kosztów przestojów sięgają wielu milionów złotych.

Najczęstszą przyczyną (60%) zwarć łukowych są błędy ludzkie: błędne łączenia, zła organizacja prac. Aby chronić ludzi i urządzenia przed skutkami zwarć w normach technicznych PN-EN 62271 -200 – 20x, PN-88/E-05150, PN-IEC 439-1 określających wymagania dla rozdzielnic i stacji transformatorowych SN i nn, zaleca się, poza zachowaniem odpowiednich cech konstrukcyjnych urządzeń, stosowanie dodatkowych środków zaradczych ograniczających skutki zwarć łukowych. Jednym z za lecanych sposobów są zabezp ieczen ia reagu jące na św iat ło łuku. Rozw iązan ie tak ie jest na jszybszym i najefektywniejszym sposobem minimalizacji skutków zwarć łukowych.

Nasza propozycja

W zabezpieczeniach typu ZŁ identyfikacja zwarcia łukowego odbywa się w oparciu o dwa kryteria: detekcję światła łuku oraz spadek napięcia w chronionym obszarze. Impuls wyłączający jest generowany w czasie poniżej 10 ms. Zgaszenie łuku następuje w czasie 30-50 ms, w zależności od rodzaju i stanu wyłącznika. Taki czas wyłączenia gwarantuje pełną ochronę życia i zdrowia ludzi oraz ogranicza do minimum uszkodzenie urządzenia.

Zastosowanie kryterium spadku napięcia gwarantuje ochronę całej rozdzielnicy (nie ma stref martwych/niechronionych). Umożliwia proste i prawidłowe działanie zabezpieczenia w układach zasilania jednej sekcji rozdzielnicy z kilku różnych źródeł zasilania. Zabezpieczenia oparte o kryterium prądowe nie posiadają tych cech.

ZŁ-2 Ochrona transformatorów suchych oraz innych urządzeń

Zabezpieczenie ZŁ-2 jest dedykowane do ochrony transformatorów suchych oraz urządzeń elektrycznych w zabudowie szafowej, w których występuje zagrożenie zwarcia łukowego, takich jak przekształtniki, prostowniki, itp. Optyczne czujniki czołowe instalowane są w obudowie transformatora, szafie chronionego urządzenia. Warunkiem stosowania zabezpieczenia jest dostęp do pomiaru napięcia oraz możliwość zdalnego wyłączenia zasilania urządzenia. W przypadku jednoczesnego wykrycia światła łuku oraz spadku napięcia poniżej 0,7 Un następuje odłączenie zasilania.

Budowa

Zabezpieczenie ZŁ-2 składa się z przekaźnika, zasilacza oraz dołączonych do niego czujników czołowych. Przekaźnik jest zabudowany w obudowie CN 100 AK (100x75x105 mm) o stopniu ochrony Ip40.

Przekaźnik zabezpieczeniowy ZŁ-2

Podstawowe funkcje przekaźnika:

• detekcja obniżenia napięcia na szynach rozdzielnicy;
• detekcja światła łuku;
• odbieranie informacji o stanie wejść optycznych;
• generowanie impulsów wyłączających;
• blokowanie automatyki SZR;
• sygnalizacja pracy jednokryterialnej;
• sygnalizacja zadziałania urządzenia;
• sygnalizacja niesprawności urządzenia;
• 5 styków wyłączających;
• 2 styki sygnalizacyjne na wspólnym potencjale.

Czujniki charakteryzują się odpowiednim współczynnikiem absorpcji światła. Czułość toru detekcji światła jest ustawiana indywidualnie w zależności od długości czujników oraz warunków panujących na obiekcie. Czułość musi być dobrana tak, aby układ nie reagował na światło słońca czy reflektorów używanych przez obsługę. Standardowe długości światłowodu z czujnikami to 3,5,15 m. Dostępne są wersje zabezpieczenia z trzema lub czterema czujnikami.

Skutki zwarć łukowych w układach elektrycznych nie chronionych przez światłowodowe zabezpieczenie łukoochronne

Wypadki w kategorii „porażenie prądem” w 70 % są następstwem zwarć łukowych. Zwarcia łukowe najczęściej występują w układach elektrycznych średniego napięcia, gdzie udział ten dochodzi do 90%. Prąd zwarciowy w urządzeniach średnich napięć wynosi od kilku do kilkudziesięciu kA. Najczęstszą przyczyną (60%) zwarć łukowych poza przyczynami technicznymi (wady konstrukcyjne, materiałowe, wykonawcze) oraz środowiskowymi (starzenie, korozja, przepięcia, drgania, gryzonie) są błędy ludzkie: błędne łączenia, zła organizacja prac. W trakcie długotrwałego zwarcia łukowego temperatura osiąga 20 000°C, generowany jest potężny huk i pojawia się silna fala uderzeniowa rozrywająca urządzenia, wydobywa się duża ilość gazów, często toksycznych o temperaturze sięgającej kilkuset stopni. W takich warunkach człowiek jest narażony na utratę życia bądź ciężkie obrażenia ciała.

Energia cieplna zwarcia jest uzależniona od dwóch zmiennych: czasu jego trwania oraz poziomu prądu zwarciowego, wg wzoru Q=I² x t. Możemy mieć wpływ tylko na jeden z tych czynników – czas. Działanie łuku elektrycznego w okresie poniżej 100 ms nie powoduje poważniejszych uszkodzeń, natomiast przy zwarciu dłuższym od 500ms występują nieodwracalne zniszczenia (topienie miedzi i stali) powodujące konieczność wymiany uszkodzonych urządzeń, co wymusza przerwy w prowadzeniu działalności gospodarczej. Skracanie czasu trwania zwarcia jest więc jedynym skutecznym sposobem ograniczania niekorzystnych skutków zwarć łukowych. Warto pamiętać, że w tradycyjnych zabezpieczeniach nadprądowych, działających sekwencyjnie, czasy nastaw sięgają nawet 2,5 sekundy.

W Polsce w każdym roku dochodzi do kilkuset wypadków spowodowanych zwarciem łukowym, w których są poszkodowani ludzie. Brak jest danych na temat ilości zwarć łukowych w ogóle. Jest oczywiste, że informacje o tego typu zdarzeniach nie są upowszechniane. Można przewidywać, że w skali roku dochodzi do kilku tysięcy zwarć spowodowanych zwarciami łukowymi. Poniżej przedstawiono kilka przykładów ilustrujących destrukcyjny potencjał zwarć łukowych.

Korzyści wynikające z zastosowania światłowodowych zabezpieczeń łukoochronnych typu ZŁ

Zabezpieczenia typu ZŁ stosowane są od 10 lat. Zainstalowanych zostało już ponad 1000 układów. Znamy wiele przypadków, w których ochroniły one urządzenia i życie konkretnych osób. Zabezpieczenia typu ZŁ identyfikują zwarcie i generują impulsy wyłączające do wyłączników w czasie krótszym niż 10 ms, co przy nowoczesnych wyłącznikach pozwala na odcięcie zasilania zwarcia w czasie nawet poniżej 30 ms. Dzięki temu do minimum ograniczane są skutki zwarć łukowych, co znacząco zwiększa bezpieczeństwo obsługi oraz niezawodność pracy urządzeń.

Wymóg jednoczesnego pojawienia się dwóch kryteriów (światło i spadek napięcia) zapewnia poprawność zadziałania zabezpieczenia. Algorytm identyfikacji zwarcia jest bardzo pewny. Nie są nam znane przypadki niezadziałania bądź błędnego działania zabezpieczeń. Poniżej przedstawiamy wybrane przykłady pozytywnych skutków działania zabezpieczeń ZŁ.