Moja elektryka

26.03.2021

 

Układ PELV w instalacjach elektrycznych maszyn

Dlaczego należy stosować układ PELV w instalacjach maszyn?

Zgodnie z wymaganiami normy na bezpieczeństwo maszyn PN-EN 60204-1:2010, wyposażenie elektryczne maszyn powinno zapewniać ochronę przed porażeniem elektrycznym, powodowanym:

•   dotykiem bezpośrednim,

•   dotykiem pośrednim.

Ochrona podstawowa (ochrona przed dotykiem bezpośrednim) zapewnia ochronę w warunkach normalnych, a ochrona przy uszkodzeniu (ochrona przed dotykiem pośrednim) zapewnia ochronę w warunkach pojedynczego uszkodzenia.

Jest to zgodne z podstawową zasadą ochrony przed porażeniem elektrycznym, podaną w normie na ochronę przeciwporażeniową PN-EN 61140:2005, zgodnie z którą części czynne niebezpieczne nie mogą być dostępne, a części przewodzące dostępne nie mogą być niebezpieczne w warunkach normalnych i w warunkach pojedynczego uszkodzenia.

Układ PELV (ang. Protective extra low voltage), zasilany ze źródła bezpiecznego bardzo niskim napięciem (ELV – ang. Extra low voltage) o wartości uznawanej za dopuszczalną długotrwale w danych warunkach środowiskowych, stanowi ochronę zarówno przed dotykiem bezpośrednim jak i przed dotykiem pośrednim. Układ PELV jest zalecany dla maszyn w normie PN-EN 60204-1:2010 i jeżeli nie może być zastosowany, może być zastąpiony innymi środkami ochrony wybranymi z IEC 60364-4-41.

Obwody układu PELV w odróżnieniu od obwodów układu SELV (ang. Security extra low voltage) mają jeden biegun uziemiony, poza tym, oba układy są zasilane ze źródła bezpiecznego, mają separację ochronną od obwodów innych niż SELV/PELV, separację zwykłą od innych obwodów SELV/PELV, a obwody SELV mają dodatkowo separację zwykłą od ziemi.

Jeżeli obwód o napięciu ELV nie spełnia wymagań dla SELV/PELV, to jest obwodem FELV (ang. Functional extra low voltage), który posiada wyłącznie izolację podstawową (separację zwykłą) od innych obwodów i wymaga zastosowania środków ochrony przy uszkodzeniu.

W układzie FELV używa się napięcie obniżone do wartości ELV ze względów funkcjonalnych, pod względem ochrony przeciwporażeniowej obwody FELV uważa się za przedłużenie obwodu zasilającego układ FELV.

Norma na eksploatację urządzeń elektrycznych PN-EN 50110-1:2001, dopuszcza prace pod napięciem bez zabezpieczenia przed dotykiem bezpośrednim w obwodach SELV, a w przypadku obwodów PELV lub FELV, odsyła do postanowień krajowych lub przy ich braku, wymaga stosowania środków ochronnych przeznaczonych dla napięć niskich. To oznacza, że obwody PELV z uziemionym biegunem, uważa się za mniej bezpieczne, niż obwody SELV o potencjale swobodnym.

W układach PELV, o najniższych przedziałach napięć znamionowych, normy wyrobu nie wymagają ochrony przed dotykiem bezpośrednim, np. norma na urządzenia elektroniczne  w instalacjach dużej mocy PN-EN 50178:2003, nie wymaga stosowania ochrony przed dotykiem bezpośrednim, jeżeli napięcie decyzyjne, nie jest wyższe niż 25 V prądu przemiennego, lub 60 V prądu stałego, a urządzenie jest eksploatowane w strefie objętej ochronnymi połączeniami wyrównawczymi.

Podobne wymagania, choć mniej jednoznacznie sformułowane, znajdują się w normie PN-EN 60204-1:2010, wg nich układ PELV może być stosowany w ochronie przed dotykiem bezpośrednim i dotykiem pośrednim, przy napięciach:

•   24 V wartości skutecznej prądu przemiennego, lub ≤ 60 V prądu stałego, nietętniącego, jeżeli wyposażenie jest eksploatowane przeważnie w pomieszczeniu suchym i jeżeli nie przewiduje się rozległego zetknięcia części czynnych z ciałem człowieka;

•  6 V wartości skutecznej prądu przemiennego, lub ≤ 15 V prądu stałego, wolnego od tętnień, w pozostałych przypadkach.

Maszyny są często wyposażone w obwody sterownicze zawierające urządzenia, których zaciski, złącza, interfejsy, wtyki, elektrody itp., mogą być dostępne dla dotyku.

W przypadku niebudzących respektu napięć, takich jak napięcie 24 V DC, należy się dodatkowo spodziewać zamierzonego dotykania części czynnych w czasie prac konserwacyjno-remontowych.

Jeżeli urządzenie zawiera dostępne dla dotyku części czynne, zasilane napięciem bardzo niskim, a obwody zasilające nie spełniają wymagań dla układów SELV/PELV, zawartych w normach wyrobu, to może oznaczać, że są zasilane z obwodów FELV. W takim przypadku ochrona przeciwporażeniowa jest niewystarczająca i nie zapewnia wymaganej ochrony, przed dotykiem pośrednim. Pomiędzy dotykanymi częściami czynnymi, a obwodami o napięciu niebezpiecznym jest tylko izolacja podstawowa.

Pod względem zagrożenia elektrycznego, taką sytuację można porównać do eksploatacji urządzenia zasilanego napięciem niebezpiecznym, klasy ochronności I, z odłączonym przewodem ochronnym!

Przed porażeniem elektrycznym chroni wyłącznie izolacja podstawowa i pojedyncze uszkodzenie, spowoduje pojawienie się niebezpiecznego napięcia na częściach dostępnych.

Jeżeli części czynne obwodów FELV znajdą się w wyniku uszkodzenia izolacji pod napięciem niebezpiecznym, to może to, spowodować uszkodzenie izolacji doziemnej w obwodzie FELV, ze wszystkimi konsekwencjami takimi jak: straty materialne spowodowane uszkodzeniem urządzeń, zagrożenie porażeniem lub obrażeniami w wyniku eksplozji wyposażenia.

Jeżeli dotknięte uszkodzeniem urządzenia są połączone z innymi urządzeniami np. poprzez interfejsy danych, pod niebezpiecznym napięciem mogą znaleźć się inne urządzenia i cała sieć transmisji danych, powodując zagrożenie elektryczne w innych miejscach i innych urządzeniach.

Jeżeli izolacja doziemna nie zostanie uszkodzona, czego nie można wykluczyć, napięcie niebezpieczne może utrzymywać się długotrwale, zagrażając porażeniem. Przy czym urządzenie może działać poprawnie, pomimo niebezpiecznego potencjału względem ziemi, nie dając objawów niebezpiecznego uszkodzenia.

W obwodach sterowniczych maszyn, o napięciu znamionowym 24 V prądu stałego, wyposażonych w sterowniki programowalne PLC z dostępnymi częściami czynnymi, stosowanie układu FELV, jest niedopuszczalne!

Norma na sterowniki programowalne IEC 61131-2 wymaga aby dostępne dla operatora interfejsy i porty, które należy uważać za dostępne dla operatora były objęte ochroną przed porażeniem elektrycznym. Zgodnie z normą, układ SELV/PELV uważa się, za niestwarzający zagrożenia porażeniem elektrycznym.

Dodatkowo stosowane w układach PELV uziemienie jednego z biegunów, ogranicza zakłócenia elektromagnetyczne, oraz zapobiega niespodziewanemu uruchomieniu urządzeń takich jak łączniki samoczynne, zawory elektromagnetyczne itp., w przypadku podwójnego zwarcia części czynnych z częściami przewodzącymi. Stosowanie takiej ochrony jest zgodne z normą PN-EN 60204-1:2010.

Jak należy stosować układ PELV w instalacjach maszyn?

Na Ilustracji 2 został przedstawiony przykładowy obwód układu PELV z zaznaczonymi punktami, w których wymagana jest separacja ochronna. Izolacja powinna być zgodna z normą PN-EN 60664 i/lub właściwymi normami wyrobu. Przy wymiarowaniu izolacji, poza wartością napięcia znamionowego, uwzględnia się również inne parametry i czynniki takie jak, znamionowe napięcie impulsowe (Uimp), wytrzymałość elektryczna, poziom przepięć, poziom zanieczyszczenia. Dla obwodów zasilających maszyny przyjmuje się kategorię przepięciową III.


 1. Źródła zasilania

Źródłem zasilania układu PELV może być źródło bezpieczne: transformator bezpieczeństwa, przetwornica bezpieczeństwa, prądnica napędzana silnikiem nieelektrycznym, ogniwo galwaniczne, bateria akumulatorów lub zasilacz o specjalnej konstrukcji.

 

 

2. Przewody

Przewody obwodów należących do układu SELV/PELV powinny być prowadzone osobno od przewodów innych obwodów, jeżeli jest to niemożliwe, obowiązują zaostrzone wymagania dotyczące izolacyjnego oddzielenia pomiędzy obwodami. Przewody obwodów SELV/PELV powinny być indywidualnie lub wspólnie izolowane na najwyższe występujące napięcie, w celu osiągnięcia izolacji podwójnej (PN-EN 61140:2005. Ta zasada dotyczy również obwodów innych niż SELV/PELV.

Przewody obwodów SELV/PELV można umieścić w uziemionym ekranie w celu osiągnięcia ekranowania ochronnego (PN-EN 61140:2005.

Na Ilustracji 5a jest pokazana listwa instalacyjna, w której zostały ułożone przewody:

•   obwodów odrębnych (pomarańczowe)o izolacji na napięcie 300 V;

•   obwodów sterowniczych (niebieskie) o izolacji na napięcie 300 V;

•   sieci PROFINET (zielony) o izolacji na napięcie 600 V;

•   obwodów sterowniczych (żyły przewodu wielożyłowego) o izolacji na napięcie 63 V.

Przewód wielożyłowy na odcinku wspólnym został pozbawiony powłoki izolacyjnej, pojedyncze żyły mają izolację na napięcie 63 V, najwyższe występujące napięcie w zgrupowaniu przewodów wynosi 230 V. Instalacja jest wykonana nieprawidłowo, pod względem oddzielenia izolacyjnego przewodów różnych obwodów prowadzonych wspólnie.

Na Ilustracji 5b jest pokazana listwa instalacyjna, w której zostały ułożone przewody:

•   obwodów odrębnych (pomarańczowe)o izolacji na napięcie 300 V;

•   obwodów sterowniczych (niebieskie) o izolacji na napięcie 300 V;

•   sieci PROFINET (zielony) o izolacji na napięcie 600 V;

•   obwodów sterowniczych (przewód wielożyłowy) o izolacji na napięcie 300 V.

Przewód wielożyłowy na odcinku wspólnym posiada powłokę izolacyjną na napięcie 300 V, najwyższe występujące napięcie w zgrupowaniu przewodów wynosi 230 V. Instalacja jest wykonana prawidłowo, pod względem oddzielenia izolacyjnego przewodów różnych obwodów prowadzonych wspólnie.

3. Łączniki

Konstrukcja łączników powinna zapewniać odpowiednie właściwości izolacyjne pomiędzy obwodami. Na Ilustracji 6 został przedstawiony fragment katalogu fi-my FINDER dotyczący właściwości izolacyjnych przekaźnika, barwą błękitną zaznaczono dane dotyczące właściwości izolacji pomiędzy cewką a zestykami, która odpowiada izolacji wzmocnionej. Taka izolacja może być stosowana pomiędzy obwodami LV (ang. Low voltage) a obwodami SELV/PELV. Izolacja pomiędzy zestykami odpowiada izolacji podstawowej i nie może być stosowana do oddzielenia obwodów LV od obwodów SELV/PELV.

Jeżeli pomiędzy zestykami umieszczonymi obok siebie, nie ma przegród izolacyjnych  o odpowiednich właściwościach, to izolacja pomiędzy tymi zestykami nie powinna być uważana za odpowiednią do oddzielenia obwodów SELV/PELV od obwodów innych niż SELV/PELV.

 

Zgodnie z normą na koordynację izolacji PN-EN 60664-1: 2011 izolacja wzmocniona ze względu na przepięcia przejściowe, powinna mieć znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane o jeden stopień wyższe niż znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane wymagane dla izolacji podstawowej.
Izolacja podstawowa powinna mieć przy kategorii przepięciowej III, znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane 4 kV (1,2/50 μs), czyli izolacja wzmocniona powinna mieć znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane 6 kV (1,2/50 μs).
Izolacja podstawowa powinna wytrzymywać przepięcia dorywcze:

•   Uo + 1200 V AC, przy czasach trwania do 5 s;

•   Uo + 250 V AC, przy czasach trwania powyżej 5 s.

Izolacja wzmocniona powinna wytrzymywać podwójne wartości, czyli:

•   230 V + 1200 V · 2 = 2860 V AC, przy czasach trwania do 5 s;

•   230 V + 250 V · 2 = 960 V AC, przy czasach trwania powyżej 5 s.

Przekaźnik 50.12.9.024.5000 f-my FINDER, posiada izolację pomiędzy cewką a zestykami odpowiadającą izolacji wzmocnionej przy kategorii przepięciowej III. Izolacja ma znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane 6 kV (1,2/50 μs) i wytrzymuje próbę napięciem 4 000 V przez 1 min.
Pomiędzy poszczególnymi zestykami przekaźnik posiada izolację podstawową o kategorii przepięć III. Izolacja ma znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane 4 kV (1,2/50 μs) i wytrzymuje próbę napięciem 3 000 V przez 1 min.

4. Urządzenia

Urządzenia przyłączone równocześnie do obwodów SELV/PELV i innych obwodów, muszą posiadać wewnętrzną separację ochronną, pomiędzy obwodami SELV/PELV, a innymi obwodami.

W dokumentacji technicznej f-my SIEMENS dotyczącej sterownika programowalnego S7-1200, zasilanego napięciem 230 V AC i w którym porty I/O są zasilane napięciem 24 V DC, znajduje się informacja, zgodnie z którą pomiędzy zasilaniem, a obwodami ELV jest zapewniona separacja ochronna.
Pomiędzy poszczególnymi obwodami sterownika zasilanymi napięciem 24 V DC, jest wyłącznie izolacja robocza. Urządzenia przyłączane do portów sterownika, również muszą posiadać separację ochronną, od obwodów innych niż SELV/PELV.


 

do góry 

 

Bibliografia:

1. PN-EN 60204-1:2010 Bezpieczeństwo maszyn -- Wyposażenie elektryczne maszyn -- Część 1: Wymagania ogólne

2. PN-EN 61140:2005 Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym -- Wspólne aspekty instalacji i urządzeń

3. PN-EN 50178:2003 Urządzenia elektroniczne do stosowania w instalacjach dużej mocy

4. IEC 61131-2:2007 Programmable controllers – Part 2: Equipment requirements and tests

5. PN-EN 60664-1:2011 Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych w układach niskiego napięcia -- Część 1: Zasady, wymagania i badania

5. E. Musiał Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach niskiego napięcia. Konsekwencje ustanowienia normy PN-HD 60364-4-41:2009 (www.edwardmusial.info)

6. E. Musiał Zasilanie i zabezpieczanie obwodów sterowniczych (www.edwardmusial.info)

7. Dokumentacja techniczna firmy SIEMENS – SIMATIC S7-1200 Programmable controller V4.3.0 02/2019

8. Karta katalogowa firmy finder – SERIA 50 Przekaźnik bezpieczeństwa 8 A

© 2013-2021 PRV.pl
Strona została stworzona kreatorem stron w serwisie PRV.pl