Elektryka dla instalatorów

Co ma wspólnego elektryczność z hydrauliką i ogrzewnictwem? Okazuje się, że coraz więcej. Nowoczesne instalacje grzewcze, wentylacyjne, klimatyzacyjne, a nawet gazowe nie mogą obecnie funkcjonować bez stałego zasilania w energię elektryczną.

Coraz częściej inwestorzy, ze względu na wygodę i bezpieczeństwo, wybierają energię elektryczną jako główne lub dodatkowe źródło ogrzewania całych domów lub podgrzewania ciepłej wody użytkowej – szczególnie że w ostatnim okresie opracowano wiele urządzeń grzejnych opartych o pompy ciepła, co spowodowało, że energia elektryczna stała się ekonomiczną alternatywą dla ogrzewania gazowego lub olejowego.

Artykuł ten powstał w celu przybliżenia tematyki związanej z elektrycznością osobom, które specjalizują się w instalacjach hydraulicznych, ciepłowniczych, gazowych itp.

Należy podkreślić, że podstawowym aktem prawnym dotyczącym instalacji elektrycznych w budynkach oraz w pomieszczeniach technicznych jest Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity z 17 lipca 2015 r.), w którym to w rozdziale 8 podane są ogólne wymagania dotyczące instalacji elektrycznych, które między innymi powinny zapewniać:

  • dostarczanie energii elektrycznej o odpowiednich parametrach technicznych do odbiorników, stosownie do potrzeb użytkowych;
  • ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi, powstaniem pożaru, wybuchem i innymi szkodami;
  • ochronę przed emisją drgań i hałasu powyżej dopuszczalnego poziomu oraz przed szkodliwym oddziaływaniem pola elektromagnetycznego.

Elementy instalacji elektrycznej

Instalacja elektryczna w budynku obejmuje złącza, wewnętrzne linie zasilające (WLZ), instalacje w pomieszczeniach ogólnych oraz instalacje w poszczególnych mieszkaniach. Te ostatnie są nazywane instalacjami odbiorczymi (rys. 1). W budynkach jednorodzinnych instalacje te są uproszczone i np. wewnętrzna linia zasilająca jest krótkim połączeniem od złącza do tablicy licznikowej, brak też instalacji w pomieszczeniach ogólnych zasilanych z odrębnej rozdzielnicy administracyjnej.

Przykład schematu ogólnego instalacji elektrycznej w budynku

Rys. 1. Przykład schematu ogólnego instalacji elektrycznej w budynku.

Złącze to miejsce, w którym energia elektryczna poprzez linię kablową bądź też napowietrzną jest dostarczana do budynku. Złącze to jest również często przyjmowane w umowie o dostarczanie energii elektrycznej za „granicę stron”, czyli granicę odpowiedzialności za sprawne funkcjonowanie instalacji elektrycznej pomiędzy zakładem energetycznym (ZE) a właścicielem budynku (czy też jego administratorem).

Przed wykonaniem instalacji w budynku sposób zasilania i przyłączenia budynku do sieci elektroenergetycznej należy uzgodnić z właściwym rejonem energetycznym ZE. Instalacja elektryczna na odcinku od złącza do licznika powinna być przystosowana do plombowania, a wszelkie w niej zmiany uzgodnione wcześniej z właściwym rejonem i zgłoszone przed rozpoczęciem robót – inaczej, po naruszeniu plomb, mogą zostać na użytkownika nałożone dotkliwe kary za próbę kradzieży energii elektrycznej.

Od złącza przyłączeniowego odchodzi przewód zwany wewnętrzną linią zasilającą (WLZ-em), z którego zasilane są poszczególne mieszkania. Pomiar energii elektrycznej dokonywany jest przez miernik zainstalowany na klatce schodowej lub (w przypadku domów jednorodzinnych) przy złączu kablowym na granicy posesji. Warunki dotyczące umieszczenia liczników mogą się różnić w poszczególnych zakładach energetycznych. Jest to zawsze określone w wydanych przez nie Warunkach Technicznych Przyłączenia (WTP).

Licznik chroni zabezpieczenie przedlicznikowe (bezpieczniki), którego parametry zależą od maksymalnej zamówionej przez odbiorcę mocy określonej w WTP. Jest ono również plombowane, a zerwanie plomb grozi konsekwencjami finansowymi dla odbiorcy. Z licznika zasilana jest tablica rozdzielcza w mieszkaniu lub domu, skąd odchodzą poszczególne obwody odbiorcze.

Połączenia wyrównawcze

Niewielu użytkowników elektryczności zdaje sobie sprawę z tego, jakimi istotnymi elementami instalacji elektrycznej są połączenia wyrównawcze. Zapewne wynika to z faktu, że połączenia te, zazwyczaj poprowadzone oddzielnie od instalacji zasilającej, nie są pod napięciem i ich brak czy odłączenie nie wpływa ujemnie na działanie urządzenia.

Połączenia wyrównawcze mają jednak bardzo ważne zadanie, jakim jest zabezpieczenie użytkownika przed porażeniem w przypadku awarii urządzenia elektrycznego i pojawienia się na jego obudowie potencjału elektrycznego. Dzięki połączeniom wyrównawczym ten sam potencjał elektryczny pojawi się na wszystkich dostępnych elementach przewodzących, urządzeniach, elementach konstrukcyjnych.

Przez to w momencie dotknięcia przez użytkownika uszkodzonego urządzenia i innego elementu przewodzącego przez ciało nie popłynie żaden prąd (potencjały na elementach będą jednakowe) i nie dojdzie do porażenia. Uszkodzone urządzenie zostanie natychmiast odłączone od zasilania przez odpowiednie urządzenia zabezpieczające, np. wyłącznik różnicowoprądowy, lecz zawsze trwa to pewien moment, który może być zgubny dla naszego zdrowia czy życia.

Wśród połączeń wyrównawczych można wyróżnić dwa typy: połączenia miejscowe oraz główne połączenie wyrównawcze.

Miejscowe połączenia wyrównawcze należy stosować w tych pomieszczeniach, w których występują części przewodzące dostępne oraz części przewodzące obce, np.: konstrukcje budowlane metalowe, balustrady, pomosty, regały metalowe, rurociągi wodne i gazowe, wanny, brodziki, zlewozmywaki, zbiorniki, co w budynkach mieszkalnych dotyczy głównie kuchni, łazienek, basenów, kotłowni i im podobnych pomieszczeń.

Główne połączenie wyrównawcze (rys. 2) znajduje się przeważnie na najniższej kondygnacji w budynku. Ułożona jest tam główna szyna uziemiająca, do której powinny być przyłączone: przewód połączeń wyrównawczych głównych PEN lub PE zainstalowany w złączu, wszystkie rurociągi wodne, gazowe i centralnego ogrzewania wchodzące do budynku, dostępne metalowe części konstrukcji budynku (zbrojenie, prowadnice dźwigów), elementy metalowe innych instalacji i urządzeń (w tym np. węzły ciepłownicze).

Dobór przewodów elektrycznych

Głównym kryterium doboru przekroju (średnicy) przewodów elektrycznych jest ich tzw. długotrwała obciążalność prądowa, tzn. maksymalny prąd, który w sposób długotrwały może przepływać przez dany przewód, nie powodując uszkodzenia jego izolacji w wyniku nadmiernego nagrzania.

Przekroje kabli elektrycznych dla nowych instalacji powinny być wyliczone przez projektanta posiadającego odpowiednie uprawnienia budowlane, w przepadku prostszych instalacji można posługiwać się tabelami zawartymi w – co prawda już nieobowiązujacych – Przepisach Budowy Urządzeń Elektroenergetycznych, które podają przekrój, uwzględniają typ przewodu i sposób jego ułożenia. I tak np. – dla typowego przewodu miedzianego wielożyłowego YDY 3 x 2,5 mm2 ułożonego pojedynczo bezpośrednio na tynku lub w tynku dopuszczalna obciążalność długotrwała wynosi 30 A, a dla YDY 3 x 1,5 mm2 – 22 A. Przewód YDY 3 x 4 mm2 obciążyć możemy prądem długotrwałym o wartości 40 A.

Często też producenci podają w instrukcjach typ i przekrój przewodów, które muszą być zastosowane do podłączenia danego urządzenia, wystarczy wtedy tylko sprawdzić, czy przewidziany przewód spełnia te wymagania. Pamiętać jednak należy, że nie dotyczy to tylko najbliższego odcinka sieci zasilającej, ale całego ciągu, z którego zasilane jest dane urządzenie. W wielu domach wybudowanych w ubiegłych latach projektanci instalacji elektrycznych nie przewidywali takiego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną, jaki nastąpił współcześnie.

Jeśli nawet wymieniliśmy całą instalację w mieszkaniu, to w przypadku montażu, np. ogrzewacza przepływowego, może nastąpić konieczność wymiany całego WLZ-u w budynku. Pomijam tutaj sytuację, gdy przyłącze do budynku również jest zbyt słabe. Wymiana kabli lub przewodów napowietrznych zasilających budynek jest dość kosztowna i zakład energetyczny obciąża nimi zazwyczaj użytkownika. Należy też wystąpić do zakładu energetycznego o zmianę umowy przyłączeniowej oraz zwiększenie pobieranej mocy.

Czasami możemy spotkać się z odmową z uwagi na stan sieci zasilającej, która również może być niedostosowana do wzrastającego zapotrzebowania użytkowników energii elektrycznej, i dopiero w ramach kolejnych inwestycji prowadzonych przez zakład zostanie odpowiednio przygotowana do zwiększonych obciążeń.

W przypadku, gdy zasilamy odległe urządzenia, należy również przy doborze przewodów uwzględnić dopuszczalny spadek napięcia. Im cieńszy przewód, tym jego oporność jest większa i przez to występują na nim większe spadki napięcia. Zasilanie urządzeń obniżonym napięciem powoduje zmniejszenie ich mocy i wskutek tego np. zmniejszenie wydajności pomp lub wentylatorów. W skrajnych przypadkach opory rozruchu w stosunku do obniżonej mocy silnika będą tak duże, że pompa nie ruszy, mimo że będzie na niej napięcie.

Podobny przypadek można zaobserwować w przypadku obwodów oświetleniowych na basenach, gdzie 12 V lampy o mocy 300 W zasilane są przewodami o zbyt małym przekroju i zdarza się, że w wyniku spadku napięcia na przewodach oddalone od transformatorów lampy ledwo świecą zasilane napięciem 7-8 V.

Dobór konstrukcji przewodu zależy od miejsca, w którym będzie zainstalowany, i warunków, w jakich przyjdzie mu pracować. Typowymi przewodami stosowanymi w budownictwie mieszkaniowym są przewody o żyłach z drutu miedzianego i w podwójnej izolacji poliwinitowej (PCV) oznaczane symbolem YDY i YDYp. Mogą one pracować w temperaturze do 70°C. W przypadku gdy odcinki instalacji mają dużo załamań lub są narażone na drgania, np. przy zasilaniu silników, stosuje się przewody wielodrutowe (linki) oznaczane symbolami YLY.

Jako przewody do zasilania urządzeń ruchomych i przenośnych wykorzystuje się przewody oponowe (O) w izolacji gumowej typu OM, OW lub OP. Jest to podyktowane ich większą elastycznością i odpornością na uszkodzenia.

Zabezpieczenia

Każdy odcinek kabla oraz urządzenie elektryczne powinny być zabezpieczone przed skutkami uszkodzeń powstałych w wyniku przepływu nadmiernego prądu. Jako zabezpieczenia stosuje się bezpieczniki topikowe lub wyłączniki instalacyjne.

W klasycznym bezpieczniku topikowym obwód prądu ulega przerwaniu w wyniku stopienia się metalowego paska lub drucika. Aby zapobiec powstaniu łuku elektrycznego, korpus bezpiecznika wypełniony jest piaskiem kwarcowym.

Rozmiar i typ drucika dobiera się w ten sposób, aby uległ stopieniu przy ściśle określonym prądzie. Czas, w jakim drucik ulegnie stopieniu, zależy od wartości przepływającego prądu i określony jest tzw. charakterystyką bezpiecznika. W przypadku zwarcia, gdy płyną duże prądy, obwód jest wyłączany błyskawicznie (ok. 0,2 s), przy małym przeciążeniu bezpiecznik ulega przepaleniu nawet po 1-2 h.

W przypadku urządzeń, które w czasie rozruchu pobierają zwiększony prąd (dotyczy to głównie silników elektrycznych), stosuje się bezpieczniki o opóźnionym działaniu, tzw. zwłoczne, oznaczane na korpusie symbolem ślimaka.

Niedopuszczalne jest tzw. drutowanie bezpieczników, często z wykorzystaniem gwoździ i tym podobnych przedmiotów. Może to doprowadzić do sytuacji, gdy zamiast bezpiecznika stopią się zabezpieczane przewody lub urządzenie, co pociągnie za sobą o wiele większe koszty. Powoduje to powstanie sytuacji śmiertelnego zagrożenia dla użytkownika i osób postronnych w przypadku awarii zabezpieczanego urządzenia.

Klasyczne bezpieczniki topikowe wypierane są przez bardziej uniwersalne – wyłączniki instalacyjne nadmiarowo-prądowe nazywane też często potocznie S-kami lub – z niemieckiego – sztosami.

Wyłącznik taki w swojej konstrukcji zawiera dwa wyzwalacze: jeden w postaci cewki elektromagnetycznej (wyłączający błyskawicznie napięcie w przypadku przepływu dużych prądów zwarciowych) i drugi bimetalowy (chroniący obwód przed długotrwałym przeciążeniem prądem większym od znamionowego). Charakterystyka wyłącznika jest regulowana fabrycznie i oznaczana odpowiednim symbolem. Najczęściej stosowane wyłączniki instalacyjne posiadają charakterystykę typu B i C.

Główne połączenia wyrównawcze w budynku

Rys. 2. Główne połączenia wyrównawcze w budynku.

Wyłączniki o charakterystyce C powinno się stosować do zabezpieczania odbiorników pobierających duży prąd (kilkakrotnie większy od znamionowego) w krótkim czasie podczas ich rozruchu. Dotyczy to głównie silników trójfazowych i transformatorów oświetleniowych. W przypadku transformatorów o dużej mocy stosujemy bezpieczniki o charakterystyce D. Wyłączniki o charakterystyce B stosowane są w pozostałych obwodach.

Wyłączniki dla obwodów trójfazowych składają się z trzech wyłączników trójfazowych połączonych ze sobą wspólną dźwignią. Zadziałanie jednego wyłącza wszystkie fazy jednocześnie.

Wybiórczość działania

W przypadku zwarcia lub przeciążenia danego obwodu powinien zadziałać bezpiecznik umieszczony najbliżej miejsca, w którym to się wydarzyło. Poprzez odpowiedni dobór wielkości i charakterystyk bezpieczników lub wyłączników uzyskujemy tzw. wybiórczość działania, co oznacza, że zadziała tylko ten bezpiecznik, który był najbliżej uszkodzenia, natomiast pozostała część instalacji będzie pracowała bez zakłóceń. Celem zwiększenia niezawodności w prawidłowo wykonanych instalacjach rozdziela się obwody zasilające poszczególne urządzenia lub grupy urządzeń i zabezpiecza oddzielnymi wyłącznikami lub bezpiecznikami.

Awaria pojedynczego urządzenia nie spowoduje wyłączenia całej instalacji. W przypadku, gdy zawiedzie jego zabezpieczenie, zadziała następne w kolejności i tak dalej. Aby prawidłowo dobrać zabezpieczenia należy się posłużyć ich, wspomnianymi uprzednio, charakterystykami działania. W praktyce okazuje się, że w przypadku wyłączników instalacyjnych dość trudno zapewnić pełną wybiórczość działania, szczególnie dotyczy to zwarć i dużych prądów zwarciowych. Dlatego też, przy zabezpieczaniu ważnych instalacji, stosuje się w nich droższe wyłączniki instalacyjne selektywne, które są wyposażone w człony opóźniające.

Jarosław Pomirski



Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij