Instalacje elektryczne

(aktualizacja:02.07.2009 r.)

Spis treści:
• podział instalacji elektrycznych
• instalacje przemysłowe i mieszkaniowe
• układy sieci
• wymagania przepisów dotyczące instalacji
• elementy instalacji
• wyznaczanie mocy zapotrzebowanej
• dobór i układanie przewodów
• wyznaczanie przekroju przewodów i kabli
• obciążalność prądowa długotrwała
• dopuszczalne spadki napięcia
• cieplne działanie prądów
• wytrzymałość mechaniczna
• przewody ochronne i wyrównawcze
• Uziemienia
• barwy i oznaczenia

Zaleca się, aby nowe i modernizowane instalacje elektryczne budynków były wykonywane w układzie TN-S, czyli z oddzielnymi przewodami neutralnym i ochronnym. W  instalacjach elektrycznych obiektów budowlanych może być stosowany także układ TT z przewodem neutralnym. Ze względu na trudności w uzyskaniu odpowiednio małej rezystancji uziemienia odbiorników (rys.2d), układ ten jest stosowany rzadziej.

Układ sieci IT jest stosowany w przypadku występowania dużych wymagań dotyczących zarówno pewności zasilania jak i niezawodnej ochrony przeciwporażeniowej.

4. Elementy instalacji w budownictwie mieszkaniowym

Rys. 1. Elementy instalacji elektrycznej w budynku mieszkalnym wielorodzinnym

4.1. Złącze elektryczne

Zaleca się, aby złącze budynku było zainstalowane w przewidzianym i odpowiednio przystosowanym do tego celu zamykanym pomieszczeniu. Lokalizacja i podstawowe wymagania dotyczące tego pomieszczenia (np. minimalna wysokość, powierzchnia, przeznaczenie do innych funkcji) powinny być uzgodnione z dostawcą energii i określone odrębnymi przepisami szczegółowymi.

Rys. 3. Złącza kablowe wnętrzowe umożliwiające przyłączenie dwóch kabli zasilających oraz sekcjonowanie sieci kablowej

W przypadku napowietrznego zasilania budynku sposób doprowadzenia przyłącza (np. rodzaj i sposób umocowania masztu bądź wysięgnika) należy uzgodnić z dostawcą energii.

Rys. 4. Zasilanie budynków za pomocą linii napowietrznych,

a) przez zastosowanie stojaka dachowego,

b) przez zamocowanie przewodów do izolatorów ściennych,  Z – złącze wewnątrz budynku

4.2. Zasilanie budynku jednorodzinnego

W przypadku budynków jednorodzinnych dostawca energii wymaga zwykle, aby złącze wraz z urządzeniem pomiarowym było zlokalizowane w szafce pomiarowej zainstalowanej na granicy posesji. W takich przypadkach pomiędzy szafką pomiarową a tablica rozdzielczą odbiorcy, prowadzona jest wewnętrzna (odbiorcza) linia zasilająca.

Rys. 7. Schemat zasilania budynku jednorodzinnego

Oznaczenia:  L – przewody fazowe; O – ogranicznik przepięć; kWh – licznik energii elektrycznej;   

E - przewód uziemiający, CC - przewody połączeń wyrównawczych głównych;  SU - punkt rozdziału przewodu PEN na przewody N i PE,  GSU - główna szyna wyrównawcza.

4.3. Instalacja zasilająca i system przewodów ochronnych połączeń wyrównawczych w budynku

      mieszkalnym

W skład każdej instalacji powinna wchodzić:

- instalacja zasilająca: złącze (rozdzielnica główna) - wewnętrzna linia zasilająca,

- główna szyna wyrównawcza (uziemiająca), umieszczona możliwie  blisko złącza (rozdzielnicy głównej),

- system połączeń wyrównawczych głównych i dodatkowych,

- uziom budynku, połączony z główną szyną wyrównawczą.

Zaleca się, aby połączenia wyrównawcze główne były  przyłączone do głównej szyny wyrównawczej w pomieszczeniu przyłączowym lub w szafie przyłączowej. Pomieszczenie to powinno być zlokalizowane w miejscu wprowadzenia do budynku innych instalacji (np. wodociągowej, wodno-kanalizacyjnej, ciepłej wody, centralnego ogrzewania, gazowej).

Rys. 5. Przykład instalacji zasilającej budynek mieszkalny i systemu przewodów

ochronnych połączeń wyrównawczych;

głównych w piwnicy i dodatkowych w pomieszczeniu łazienki

Oznaczenia: 1 – złącze lub rozdzielnica główna budynku, 2 - instalacja kanalizacyjna (rury przewodzące),

3 - instalacja wodociągowa,  4 - instalacja centralnego ogrzewania, 5 - instalacja gazowa, 6 - wstawka izolacyjna, 7 - część przewodząca obca, 8 - wanna, 9 - listwa uziemiająca połączeń wyrównawczych dodatkowych, GSU - główna szyna uziemiająca połączeń wyrównawczych głównych, CC - przewody ochronne połączeń wyrównawczych,

wlz - wewnętrzna linia zasilająca, E - przewód uziemiający łączący GSU z uziomem fundamentowym.

4.4. Wewnętrzna linia zasilająca

(WLZ) – jest to zespół elementów instalacji stanowiący połączenie między złączem instalacji elektrycznej a urządzeniem pomiarowym (urządzeniami pomiarowymi), służący do rozdziału energii elektrycznej na poszczególne instalacje odbiorcze. Wielkość budynku i liczba mieszkań warunkują wielkość i złożoność wewnętrznej linii zasilającej, w skład której mogą wchodzić również rozdzielnice główne budynku.

Wymagania instalacyjne

Przewody WLZ powinny być prowadzone w pomieszczeniach łatwo dostępnych jak klatki schodowe (z wyjątkiem klatek schodowych o wyłącznym przeznaczeniu ewakuacyjnym) lub korytarze piwnic.

W przypadku przyłącza kablowego i złącza zlokalizowanego w pomieszczeniu przyłączowym w piwnicy, dopuszcza się prowadzenie przewodów WLZ na tynku, począwszy od złącza do przejścia przez sufit piwnicy.

Po przejściu przez sufit piwnicy przewody WLZ należy prowadzić w kanałach instalacyjnych, rurach instalacyjnych bądź jako instalację podtynkową lub wtynkową.

Wewnętrzne linie zasilające należy prowadzić jako linie trójfazowe o układzie TN-S lub TN-C-S, a w przypadkach uzasadnionych również TT lub IT. Przekroje przewodów WLZ należy wymiarować w oparciu o dane zawarte w normie SEP - E - 002, jednak na obciążalność długotrwałą nie mniejszą niż 50 A.

W przypadku przewodów miedzianych przekrój ten powinien wynosić co najmniej 10 mm², co z pewnymi ograniczeniami spełnia wymagania ich ochrony od przeciążeń.

Zabezpieczenia przetężeniowe wewnętrznych linii zasilających oraz obwodów odbiorczych instalacji elektrycznej powinny spełniać warunki skutecznej ochrony przewodów instalacyjnych od cieplnych skutków przeciążeń i zwarć, zgodnie z wymaganiami PN-IEC-60364-4-43:1999 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa.

4.5. Instalacja odbiorcze

Wewnątrz każdego mieszkania należy umieścić tablicę rozdzielczą zlokalizowaną w pobliżu „środka obciążenia” w danym mieszkaniu, zwykle w przedpokoju lub w korytarzu na jednej z mniej eksponowanych ścian, możliwie blisko kuchni, łazienki lub pomieszczenia gospodarczego, które grupują odbiorniki o większych mocach znamionowych (kuchenka, pralka, zmywarka naczyń, suszarka bielizny, prasowalnica).

Rozdzielnica powinna być umieszczona w miejscu i na wysokości nie utrudniającej nadmiernie dostępu do łączników.

Rozdzielnice, w których przewiduje się zamontowanie styczników, przekaźników lub innych urządzeń sterujących i zabezpieczających, a których działanie wywołuje nawet umiarkowany hałas, nie powinny być instalowane na ścianie pomieszczenia przewidzianego na sypialnię.

W rozdzielnicy mieszkaniowej powinny być zainstalowane wyłączniki instalacyjne nadprądowe i wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, jak i inne urządzenia sterujące instalacji odbiorczej. W tablicy rozdzielczej należy przewidzieć kilka miejsc rezerwowych przeznaczonych do ewentualnego zainstalowania dodatkowej aparatury w przyszłości.

Przykładowy schemat instalacji elektrycznej w mieszkaniu budynku wielorodzinnego z zastosowaniem wyłączników instalacyjnych nadprądowych w obwodach odbiorczych, licznika energii elektrycznej, wyłącznika różnicowoprądowego jako ochronę uzupełniająca przed dotykiem bezpośrednim oraz ograniczników przepięć, przedstawia rys. 6.

Rys. 6 Przykładowy schemat instalacji elektrycznej w pomieszczeniach mieszkalnych

Oznaczenia: L1; L2; L3; - przewody fazowe instalacji trójfazowej; N - przewód neutralny; PE - przewód ochronny; WLZ - wewnętrzna linia zasilająca, B - wyłączniki instalacyjne nadmiarowo-prądowe, IΔ - wyłącznik ochronny różnicowoprądowy;  KWh - licznik energii elektrycznej; O - ograniczniki przepięć.

Znamionowy różnicowy prąd zadziałania wyłącznika I_Δn powinien być co najmniej 2…3- krotnie większy od maksymalnego roboczego prądu upływowego występującego w chronionej instalacji.

Dla zapewnienia ochrony uzupełniającej przed dotykiem bezpośrednim  w mieszkaniu o powierzchni ok. 70 m² i przy zwykle stosowanych odbiornikach, których łączny prąd roboczy upływowy nie przekracza wartości 10 mA, możliwe jest stosowanie jednego wysokoczułego wyłącznika o I_Δn = 30 mA  (rys. 6).

Wysokoczułe wyłączniki różnicowoprądowe są wymagane w obwodach, w których konieczne jest wspomaganie ochrony przed dotykiem bezpośrednim, ze względu na trudne warunki środowiskowe użytkowania urządzeń albo w obwodach narażonych na przerwanie ciągłości elektrycznej lub uszkodzenie izolacji przewodu ochronnego

W instalacji, w której konieczne jest stosowanie wysokoczułych wyłączników RCD uzupełniających ochronę przed dotykiem bezpośrednim, a łączny roboczy prąd upływowy przekracza 10 mA, instalacja  podzielona została na odrębne obwody (części), chronione przez oddzielne, odpowiednio dobrane wyłączniki różnicowoprądowe (rys. 7).

Rys. 7 Przykład wykonania rozdzielnicy i obwodów końcowych w instalacji odbiorczej

w mieszkaniu wieloizbowym

Szczególne wymagania dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego w pomieszczeniach, w których znajdują się:

-  wanny, natryski i inne urządzenia kąpielowe,

- baseny pływackie,

- kabiny wyposażone w ogrzewacze do sauny oraz

- instalacje na terenie budowy i rozbiórki,

- gospodarstwa rolnicze i ogrodnicze,

- kempingi i pojazdy wypoczynkowe,

- instalacje oświetlenia zewnętrznego,

zostały określone w  PN-HD 60364 Część -7.

Wymagania te dotyczą w szczególności:

—  ustalenia zakresów stref bezpieczeństwa,

—  ograniczenia lub zakazu prowadzenia przewodów w określonych miejscach,

—  ograniczenia lub zakazu instalowania w określonych miejscach gniazd wtyczkowych, łączników oraz

     niektórych urządzeń ochronnych,

—  wymaganej grubości ścian i wymaganej grubości pozostałości materiału ściany po wykonaniu wyżłobienia na

     prowadzenie przewodów jak i grubości i rozmiary tych wyżłobień oraz pokrycia przewodów,

—  spełnienia zasad dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej.

5. Elementy instalacji przemysłowych

W instalacji przemysłowej niskiego napięcia można wyróżnić obwody elektryczne rozdzielcze i odbiorcze oraz rozdzielnice i tablice rozdzielcze. Jako oprzewodowanie  w instalacja przemysłowych wykorzystywane są głównie kable i przewody elektroenergetyczne a w niektórych gałęziach przemysłu również przewody szynowe.

 Obwody rozdzielcze, są to obwody zasilające rozdzielnice pośrednie i rozdzielnice odbiorcze. Są one wyprowadzone z szyn niskiego napięcia stacji transformatorowej głównej lub stacji oddziałowych. W przypadku małych zakładów zasilanych na napięciu do 1 kV obwody rozdzielcze wyprowadzone są z rozdzielnicy głównej zakładu.

Obwody odbiorcze (końcowe), są to obwody, które służą do bezpośredniego podłączenia do rozdzielnicy lub magistrali poszczególnych odbiorników energii elektrycznej lub gniazd wtyczkowych.

W obiektach i pomieszczeniach o charakterze przemysłowym najczęściej instalacje odbiorcze wykonuje się w układzie promieniowym otwartym, w którym z poszczególnych obwodów zasilane są inne obwody i odbiorniki

Głównymi elementami obwodu rozdzielczego i odbiorczego instalacji przemysłowej są tory prądowe umożliwiające przesyłanie energii elektrycznej, łączniki manewrowe umożliwiające załączanie i wyłączanie obwodu oraz zabezpieczenia chroniące elementy obwodu przed skutkami zakłóceń, jakie mogą wystąpić w instalacji lub w odbiornikach. W instalacjach przemysłowych istotna rolę odgrywają również urządzenia automatyki i sterowania.

Sposoby zasilania instalacji przemysłowych

Zakłady przemysłowe mogą być zasilane:

- z sieci rozdzielczej o napięciu powyżej 1 kV

- z sieci rozdzielczej o napięciu powyżej 1 kV i z elektrowni własnej,

- z sieci komunalnej niskiego napięcia.

W dużych zakładach przemysłowych zwykle występuje siec rozdzielcza wysokonapięciowa zasilająca stacje transformatorowe oddziałowe SN/nn.

Z szyn niskiego napięcia tych stacji poprzez instalacje elektryczne zasilane są odbiorniki n/n stanowiące zazwyczaj większość występujących odbiorników.

Małe zakłady przemysłowe o mocy zapotrzebowanej do 200-300 kW mogą być zasilane z sieci komunalnej niskiego napięcia (najczęściej 400/230 V. Na tym również napięciu zrealizowana jest wówczas sieć rozdzielcza zasilająca rozdzielnice pośrednie i odbiorcze oraz sieć odbiorcza zasilająca poszczególne odbiorniki.

W sieciach przemysłowych istotne znaczenie odgrywa pewność zasilania odbiorników, której zwiększenie uzyskuje się poprzez:

1) stosowanie układów niezależnego zasilania z dwóch niezależnych źródeł,

2) sekcjonowanie szyn rozdzielnic niskiego napięcia zasilanych z oddzielnych transformatorów SN/nn,

3) sekcjonowanie szyn rozdzielnic niskiego napięcia połączone ze stosowaniem automatyki samoczynnego

    załączenia rezerwy (SZR),

4) odpowiednie ukształtowanie sieci wewnątrzzakładowej,

5) stosowanie wyposażenia zapewniającego większą niezawodność,

6) stosowanie agregatów prądotwórczych.

Główną wadą tradycyjnych sposobów rezerwowania zasilania jest występowanie czasu, w którym odbiory są pozbawione zasilania. W przypadku "ręcznego" wykonywania operacji przełączenia wymaga to wystąpienia kilkuminutowej przerwy.

Układ automatyki SZR wydatnie skraca czas przerwy w zasilaniu odbiorników, lecz nie pozwala na jej całkowite wyeliminowanie .Stosowanie tzw. szybkiego SZR (z czasem przerwy poniżej 0,5 s) zwykle napotyka trudności w zapewnieniu koordynacji z czasem działania zabezpieczeń na odpływach rozdzielnicy, oraz stwarza problemy w przypadku występowania silników, co zazwyczaj ma miejsce w sieciach przemysłowych.

Systemy elektroniczne i komputerowe występujące w przemyśle wymagają radykalnej poprawy sytuacji w zakresie zapewnienia bezprzerwowego zasilania odbiorów. Do środków tych można zaliczyć układy FACTS (Flexible Alternating Current Transsmision Systems) oraz układy bezprzerwowego zasilania typu UPS (Uninterruptible Power Supply).

Układy FACTS znalazły już praktyczne zastosowanie w sieciach przemysłowych, np. w przemyśle papierniczym, gdzie pozwalają na likwidację wahań napięcia i krótkotrwałych, trwających ok. 100 ms przerw beznapięciowych. Jednakże układy te ze względu na duże koszty mogą znaleźć szersze zastosowanie w przyszłości.

Drugi z wymienionych sposobów , to znaczy zasilacze typu UPS, są już szeroko stosowane w układach gwarantowanego zasilania napięciem przemiennym.

Są to nowoczesne, sterowane mikroprocesorami urządzenia zabezpieczające przed przerwami w dostawie energii elektrycznej oraz poprawiające jakość dostarczanej energii elektrycznej podczas normalnej pracy. Stosowane są zwłaszcza w układach zasilania sieci i systemów teleinformatycznych i układów komputerowego sterowania produkcją, które stawiają ostre wymagania odnośnie zapewnienia zasilania, ze względu na możliwość wystąpienia awarii w pracy tych układów.

Odbiorniki i jakość energii elektrycznej w przemyśle

Odbiorniki energii elektrycznej służą do przetwarzania energii elektrycznej w inną pożądaną formę energii. Odbiorniki stosowane w przemyśle można ogólnie podzielić na oświetleniowe (źródła światła) i siłowe. Grupa odbiorników siłowych obejmuje miedzy innymi silniki elektryczne, urządzenia elektrotermiczne, urządzenia spawalnicze, urządzenia prostownikowe, oraz urządzenia energoelektroniczne.

Podstawowe zasady dotyczące budowy i eksploatacji tych urządzeń omówione są oddzielnie na stronach:

a) urządzenia prądotwórcze,

b) urządzenia techniczne:

    - urządzenia napędowe,

    - spawarki i zgrzewarki,

    - urządzenia elektrotermiczne,

    - baterie kondensatorów,

    - prostowniki i akumulatory.

W zależności od rodzaju prądu zasilającego, odbiorniki w instalacjach przemysłowych można podzielić na odbiorniki prądu przemiennego i odbiorniki prądu stałego.

Ze względu na charakter pracy, odbiorniki można podzielić na odbiorniki o obciążeniu praktycznie stałym, odbiorniki o obciążeniu zmiennym i odbiorniki o obciążeniu szybkozmiennym (udarowym).

Pod względem niezawodności zasilania odbiorniki przemysłowe dzieli sie na trzy kategorie, zależne od skutków przerwy w dostawie energii elektrycznej:

1) do kategorii I zalicza sie odbiorniki, dla których:

    - przerwa w zasilaniu energią elektryczną może spowodować zagrożenie dla życia ludzkiego oraz uszkodzenie

      budowli lub urządzeń technologicznych,

    - przerwa w pracy powoduje zaburzenie procesu technologicznego w takim stopniu, że w produkcji będzie

      trwała dłużej niż jedną zmianę,

2) do kategorii II zalicza się odbiorniki, dla których przerwa w zasilaniu energią elektryczna może spowodować

    straty produkcyjne,

3) do kategorii III zalicza sie odbiorniki nie należące do kategorii I i II.

6. Wymagania dotyczące instalacji elektrycznych

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, (Dz.U.02.75.690, zm. Dz.U. z 2003 r., Nr 33, poz. 270, z 2004 r., Nr 109, poz.1156, z 2008 r., Nr 201, poz. 1238, i Nr 228, poz. 1514, z 2009 r., Dz.U. Nr 56, poz. 461) ustaliło warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i związane z nimi urządzenia, ich usytuowanie na działce budowlanej oraz zagospodarowanie działek przeznaczonych pod zabudowę, zapewniające spełnienie wymagań art. 5 i 6  ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane.

6.1 Instalacje i urządzenia elektryczne przy zachowaniu przepisów rozporządzenia, przepisów odrębnych dotyczących dostarczania energii, ochrony przeciwpożarowej, ochrony środowiska oraz bezpieczeństwa i higieny pracy, a także wymagań Polskich Norm odnoszących się do tych instalacji i urządzeń, powinny zapewniać:

1) dostarczanie energii elektrycznej o odpowiednich parametrach technicznych do odbiorników, stosownie do

    potrzeb użytkowych,

2) ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi, powstaniem

    pożaru, wybuchem i innymi szkodami,

3) ochronę przed emisją drgań i hałasu powyżej dopuszczalnego poziomu oraz przed szkodliwym oddziaływaniem

    pola elektromagnetycznego.

W budynku użyteczności publicznej, wartość mocy jednostkowej oświetlenia nie może przekraczać określonych wielkości dopuszczalnych:

Budynek, w którym zanik napięcia w elektroenergetycznej sieci zasilającej może spowodować zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, poważne zagrożenie środowiska, a także znaczne straty materialne, należy zasilać co najmniej z dwóch niezależnych, samoczynnie załączających się źródeł energii elektrycznej oraz wyposażać samoczynnie załączające się oświetlenie awaryjne (zapasowe lub ewakuacyjne). W budynku wysokościowym jednym ze źródeł zasilania powinien być zespół prądotwórczy.

Awaryjne oświetlenie zapasowe należy stosować w pomieszczeniach, w których po zaniku oświetlenia podstawowego istnieje konieczność kontynuowania czynności w niezmieniony sposób lub ich bezpiecznego zakończenia, przy czym czas działania tego oświetlenia powinien być dostosowany do uwarunkowań wynikających z wykonywanych czynności oraz warunków występujących w pomieszczeniu.

Awaryjne oświetlenie ewakuacyjne należy stosować:

1) w pomieszczeniach:

   a) widowni kin, teatrów i filharmonii oraz innych sal widowiskowych,

   b) audytoriów, sal konferencyjnych, czytelni, lokali rozrywkowych oraz sal sportowych, przeznaczonych

       dla ponad 200 osób,

   c) wystawowych w muzeach,

   d) o powierzchni netto ponad 1200 m² w garażach oświetlonych wyłącznie światłem sztucznym,

   e) o powierzchni netto ponad 2000 m² w budynkach użyteczności publicznej, budynkach zamieszkania

       zbiorowego oraz w budynkach produkcyjnych oraz magazynowych,

2) na drogach ewakuacyjnych:

   a) z pomieszczeń wymienionych w pkt. 1,

   b) oświetlonych wyłącznie światłem sztucznym,

   c) w szpitalach i innych budynkach przeznaczonych przede wszystkim do użytku osób o ograniczonej

      zdolności poruszania się,

   d) w wysokich i wysokościowych budynkach użyteczności publicznej i zamieszkania zbiorowego.

 Awaryjne oświetlenie ewakuacyjne nie jest wymagane w pomieszczeniach, w których awaryjne oświetlenie zapasowe spełnia warunek określony w § 181 ustęp 5 w/w rozporządzenia, dla awaryjnego oświetlenia ewakuacyjnego.

Awaryjne oświetlenie ewakuacyjne powinno działać przez co najmniej 1 godzinę od zaniku oświetlenia podstawowego.

W pomieszczeniu, które jest użytkowane przy wyłączonym oświetleniu podstawowym, należy stosować oświetlenie dodatkowe, zasilane napięciem nieprzekraczającym napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale, służące uwidocznieniu przeszkód wynikających z układu budynku, dróg komunikacji ogólnej lub sposobu jego użytkowania, a także podświetlane znaki wskazujące kierunki ewakuacji. Oświetlenie awaryjne należy wykonywać zgodnie z Polskimi Normami dotyczącymi wymagań w tym zakresie.

 6.2 Pomieszczenie stacji transformatorowej może być usytuowane w budynkach o innym przeznaczeniu, jeżeli są spełnione warunki określone w  § 96 rozporządzenia oraz:

1) zostanie zachowana odległość pozioma i pozioma od pomieszczeń przeznaczonych na stały pobyt ludzi co najmniej 2,8 m,

2) ściany i stropy będą stanowiły oddzielenia przeciwpożarowe oraz będą miały zabezpieczenia przed przedostawaniem się cieczy i gazów.

Załącznik Nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, zawiera wykaz Polskich Norm powołanych w rozporządzeniu.

7. Zasady wyznaczania mocy zapotrzebowanej

Obciążenia instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych można ustalić na podstawie zasad opracowanych przez COBR „Elektromontaż” lub przedstawionych w normie SEP-E - 002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkalnych. Podstawy planowania.

1) Zgodnie z metodą opracowaną przez COBR „Elektromontaż” moc zapotrzebowaną przez jedno mieszkanie można określić z wzoru:

PM = P₁ + MP₂

przy czym:

P₁ — moc odbiornika o największym poborze zainstalowanego w mieszkaniu (z instalacją gazową 2 - 3.5 kW,

         bez instalacji gazowej (7 - 10 kW).

P₂ — moc zapotrzebowana przypadająca na jedną osobę, (1 kW).

M —  liczba osób, dla których zaprojektowano mieszkanie.

Jako moc odbiornika o największym poborze P₁ należy przyjmować:

— w przypadku mieszkań w budynkach wyposażonych w instalację gazową — moc pralki automatycznej:

    P = 2÷3,5 kW,

— w przypadku mieszkań w budynkach bez instalacji gazowej — moc kuchenki elektrycznej z piekarnikiem:

    P = 7÷10 kW,

Moc przypadająca na jedną osobę w mieszkaniu: P = 1kW

Przy obliczaniu obciążeń wewnętrznych linii zasilających (wiz) w budynkach mieszkalnych należy zsumować wyznaczone w podany sposób moce wszystkich mieszkań zasilanych z danej wewnętrznej linii zasilającej, a otrzymaną wartość pomnożyć przez współczynnik jednoczesności odpowiedni dla liczby mieszkań zasilanych z tej wlz. Wartości współczynnika jednoczesności, w zależności od liczby mieszkań przyłączonych do wewnętrznej linii zasilającej, oddzielnie dla przypadku zasilania mieszkań jednofazowego i trójfazowego zestawiono w tabl.1.

Tablica 1. Wartości współczynnika jednoczesności do wyznaczania szczytowych obciążeń wewnętrznych linii zasilających w budynkach wielorodzinnych

2) Według normy SEP-E- 002

Moc zapotrzebowaną przez jedno mieszkanie należy przyjmować jako równą:

—dla mieszkań bez centralnego zaopatrzenia w ciepłą wodę - S_M1 = 30 kVA

—dla mieszkań z centralnym zaopatrzeniem w ciepłą wodę - S_M2 = 12,5 kVA

W przypadku instalacji modernizowanych w budynkach wyposażonych w instalację gazową jako moc zapotrzebowaną przez jedno mieszkanie można przyjąć:S_M3 = 7 kVA

Ze względu na dominujący udział w mocy obliczeniowej odbiorników grzejnych, współczynnik mocy w instalacjach w budynkach mieszkalnych jest bliski jedności. Dlatego zapotrzebowana moc pozorna jest praktycznie równa mocy czynnej.

Tablica 2. Wyznaczanie mocy zapotrzebowanej dla mieszkań i budynków mieszkalnych

8. Dobór i układanie przewodów w instalacjach elektrycznych

8.1 Podział i oznaczenia przewodów i kabli.

Tablica 3. Podział przewodów

Budowę i typ przewodów w sposób jednoznaczny określa jego oznaczenie literowe. Oznaczenie przewodu zawiera trzy części:

- kod literowy, który oznacza konstrukcję przewodu, materiał żyły, rodzaj izolacji i inne szczegóły budowy,

- napięcie znamionowe izolacji,

- liczbę i przekrój żyły.

Istnieje duża różnorodność typów i konstrukcji przewodów, a ich budowę jednoznacznie określają znormalizowane oznaczenia literowe. W tablicach 4 i 5 przedstawiono najczęściej występujące oznaczenia przewodów i kabli oraz przykłady ich oznaczeń.

Tablica 4. Oznaczenia literowe budowy przewodów stosowane w Polsce

Tablica 5. Oznaczenia literowe kabli elektroenergetycznych

8.2 Przewody i kable bezhalogenowe

Są to przewody o konstrukcji zbliżonej do przewodów YDY, YLY o izolacji, powłoce wypełniającej i powłoce zewnętrznej z tworzyw bezhalogenowych dzięki czemu nie wydzielają podczas spalania chlorowodorów tzn. gazów i dymów toksycznych i korozyjnych. Przeznaczone są do instalacji w budynkach, w których występują zaostrzone wymagania przeciwpożarowe (hotele, hale sportowe, supermarkety, tunele, metra itp.). Ich oznaczenia odbiegają często od zasad podanych w  w/w tabelach, na przykład kabel bezhalogenowy N2XCH. Kable bezhalogenowe nie powodują rozprzestrzeniania ognia i przy tym nie emitują toksycznych lub agresywnych produktów gazowych.

Kable bezhalogenowe dzielą się na:

a) kable bezhalogenowe nierozprzestrzeniające płomienia stosowane w obiektach o podwyższonych wymaganiach przeciwpożarowych, w których występują duże skupiska ludzi oraz koncentracja dóbr kulturalnych i materialnych o znacznej wartości np.: szkoły, szpitale, centra handlowe, porty lotnicze, tunele i obiekty podziemne, teatry, kina, muzea, jednostki pływające, itp.

b) kable bezhalogenowe ognioodporne, tzw. kable bezpieczeństwa (Flame-X 950) zachowujące swą funkcję podczas działania ognia przez określony czas. Kable bezhalogenowe ognioodporne dzielą się na:

- kable kategorii C — przez 3 godziny i temperaturze do 950^oC,

- kable kategorii W — przez 15 minut przy jednoczesnym działaniu wody,

- kable kategorii Z — przez 15 minut z jednoczesnym działaniem udaru mechanicznego.

Kable ognioodporne stosuje się do zasilania urządzeń, których działanie jest w warunkach pożaru niezbędne, jak:

 - oświetlenie awaryjne,

- wyciągi dymu,

- systemy alarmowe,

- windy osobowe, itp.

 8.3 Zasady doboru przewodów do różnych pomieszczeń

Sposób ułożenia przewodów w instalacji i rodzaj przewodów musi być dostosowany do charakteru budynku i przeznaczenia pomieszczeń. Przy doborze rodzaju przewodów instalacjach należy wziąć pod uwagę także występujące  warunki środowiskowe, aby ograniczyć wzajemny wpływ instalacji i otoczenia.

Tablica 6. Zasady doboru przewodów w zależności od rodzaju pomieszczeń

oraz rodzaju instalacji i sposobu montażu

9. Wyznaczanie przekroju przewodów i kabli

Przewody i kable elektroenergetyczne powinny być tak dobrane, aby podczas wieloletniego użytkowania nie występowało ich przedwczesne zużycie i uszkodzenia powodowane szkodliwym oddziaływaniem środowiska. Same też nie powinny stwarzać takiego zagrożenia dla środowiska, a w warunkach pracy normalnej przyrost temperatury przewodów nie powinien przekraczać wartości granicznych dopuszczalnych długotrwale. Powinna też być zapewniona odbiorcom odpowiednia jakość energii określona głównie brakiem przerw w zasilaniu oraz odchyleniami napięcia od wartości znamionowej i zawartością wyższych harmonicznych nie przekraczających wartości granicznych dopuszczalnych.

W pierwszej kolejności należy ustalić:

- rodzaj instalacji (np. instalacji wnętrzowej, linii napowietrznej, linii kablowej),

- rodzaj pomieszczenia dla instalacji wnętrzowej,

- sposób montażu, ułożenia przewodów,

- zagrożenia dla otoczenia,

- warunki środowiskowe,

- napięcie znamionowe,

Postępowanie przy wyznaczaniu przekroju przewodów:

1. Wyznacza się przekroje ze względu na obciążalność prądową długotrwałą,

2. Sprawdza się, czy dobrane przekroje są wystarczające ze względu na dopuszczalny spadek napięcia,

3. Sprawdza się, czy dobrane przekroje są wystarczające ze względu na cieplne działanie prądów  przeciążeniowych i zwarciowych,

4. Sprawdza się, czy dobrane przekroje są wystarczające ze względu na wytrzymałość mechaniczną,

5. Sprawdza się skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.

9.1. Obciążalność prądowa długotrwała

Dobór przekroju przewodów ze względu na obciążalność prądową długotrwałą wykonuje się na podstawie tablic obciążalności długotrwałej przewodów zawartych w normie  PN-IEC 60364-5-523:2001 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego.

Wymagania według tej normy mają na celu zapewnienie odpowiedniej trwałości żył i izolacji poddawanych działaniu cieplnemu płynącego długotrwale prądu, w warunkach normalnej eksploatacji.

Normy międzynarodowe, w tym norma PN-IEC 60364-5-523:2001, zawierają tablice obciążalności długotrwałej przewodów dla temperatury otaczającego powietrza 30 °C występującej w strefie śródziemnomorskiej.

Obciążalność długotrwałą przewodów wyznacza się zgodnie z pkt. 523.2.3 normy PN-IEC 60364-5-523:2001, po zastosowaniu współczynników poprawkowych z tablicy 52-D1 dla warunków polskich) oraz po uwzględnieniu rodzaju przewodów i warunków ich układania.

Temperatura otoczenia

Jest to najwyższa temperatura powietrza występująca w ośrodku otaczającym użytkowane urządzenia i instalacje elektryczne.

Obliczeniowa temperatura otoczenia jest to najwyższa temperatura powietrza otaczającego użytkowane urządzenia i instalacje elektryczne, którą należy ustalić (drogą pomiarów, obliczeń), po uwzględnieniu warunków występujących w danej strefie klimatycznej.

Wartości właściwe dla Polski podane w normie IEC 60287-3-1:1999, są następujące:

Obliczeniowa temperatura otoczenia w Polsce wynosi:

a) dla przewodów ułożonych w pomieszczeniach - 25 °C,

b) dla przewodów izolowanych w przestrzeniach zewnętrznych

   - nie narażone na bezpośrednie nasłonecznienie -  25 °C,

  - narażone na bezpośrednie nasłonecznienie - 40 °C,

c) dla kabli ułożonych w ziemi  w zależności od pory roku -  5°C - 15°C - 20 °C.

Temperatura graniczna dopuszczalna długotrwale jest to najwyższa temperatura, do jakiej mogą się nagrzewać żyły przewodów przez czas nieograniczony, w zależności od rodzaju izolacji i warunków otoczenia.

Prąd długotrwały w dowolnej żyle przewodu w warunkach normalnej eksploatacji powinien mieć taką wartość, aby nie została przekroczona odpowiednia temperatura graniczna, np. dla izolacji:

- z gumy naturalnej - temperatura graniczna dopuszczalna długotrwale wynosi- 60°C,

- z polwinitu (PVC) - 70 °C,

- z polietylenu sieciowanego (XLPE) oraz gumy etylenowo-propylenowej - 90 °C,

Temperatura graniczna może być dopuszczalna przejściowo np. w sytuacjach awaryjnych przeciążeń ruchowych urządzeń elektrycznych, oczywiście w ograniczonym czasie ich trwania.

Warunki doboru przekroju przewodów i kabli

Dobiera się zazwyczaj najmniejszy z przekrojów, którego obciążalność długotrwała I_dd jest większa od obliczeniowego prądu obciążenia I_B wyznaczonego z mocy zapotrzebowanej lub obliczeniowej mocy szczytowej.

W obliczeniach prądu I_B w budynkach mieszkalnych, przy braku dokładnych danych można przyjąć cos φ = 0,95. W obwodach odbiorczych zasilających pojedyncze odbiorniki  prąd znamionowy odbiornika I_n przyjmuje się jako równy obliczeniowemu prądowi obciążenia I_n = I_B. Przy doborze przekroju przewodu powinien być spełniony warunek:

Przewody zasilające odbiorniki o obciążeniu innym niż długotrwałe (dorywcze, przerywane), w ograniczonym czasie mogą być obciążone prądem większym od ich obciążalności długotrwałej I_dd bez przekroczenia temperatury granicznej dopuszczalnej długotrwale.

Zastosowane zabezpieczenie przeciążeniowe, dobrane z uwzględnieniem warunku selektywności działania, wymuszają nierzadko zastosowanie przewodów, głównie wewnętrznych linii zasilających, o przekrojach i obciążalności większej niż wynika to z warunku I_dd ≥ I_B  spełnionego w minimalnym stopniu. 

Tablica 7. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów o izolacji PVC ułożonych w różny sposób wg. normy niemieckiej DIN VDE 0298-4 oraz zalecane (największe) prądy znamionowe bezpieczników jako zabezpieczeń przetężeniowych; obliczeniowa temperatura otoczenia równa 25^oC

Przy doborze przekroju przewodu ze względu na obciążalność dopuszczalną dobieramy z tabeli przekrój, dla którego obciążalność dopuszczalna I_dd jest nie mniejsza od prądu roboczego linii I_rob, wyznaczonego z mocy pojedynczego odbiornika lub z mocy szczytowej dla grupy odbiorników.

Tablica 8. Obciążalność prądowa długotrwała I_dd kabli elektroenergetycznych w izolacji papierowej, gumowej lub polwinitowej, 3 - 4 żyłowych, o napięciu znamionowym od 1 kV

9.2 Dopuszczalne spadki napięcia

(wg. komentarza do normy N-SEP-002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkalnych.  Podstawy planowania).

Odbiorniki energii elektrycznej pracują poprawnie przy zasilaniu ich napięciem o wartości zbliżonej do znamionowej. Wymagane jest niekiedy zastosowanie przewodów o przekroju żył większym niż wynika to z warunku obciążalności prądowej długotrwałej, aby odchylenia napięcia w poszczególnych fragmentach sieci i instalacji nie przekraczały wartości granicznych dopuszczalnych ustalonych przez odpowiednie normy przy założeniu, że występujące odchylenia napięcia powodowane spadkami napięć nie powinny wywoływać zakłóceń w pracy odbiorników.

Tablica 9. Graniczne dopuszczalne spadki napięcia w wewnętrznych liniach zasilających w budynkach mieszkalnych

Polska norma  PN-IEC 60364-5-52 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych -- Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego -- Oprzewodowanie, podaje dopuszczalną wartość spadku napięcia w budynkach nieprzemysłowych na odcinku od złącza do końca dowolnego obwodu odbiorczego jako równą 4% napięcia znamionowego. Jednak norma ta nie precyzuje ograniczeń dotyczących dopuszczalnych spadków napięć w wewnętrznych liniach zasilających (WLZ).

Według zaleceń przepisów niemieckich określonych w normie DIN VDE 01100 oraz Teil 520, DIN 18015, różnicuje się wymagania dotyczące dopuszczalnych spadków napięcia w wewnętrznych liniach zasilających (tab.9) oraz w instalacjach odbiorczych. Zgodnie z tymi przepisami, dopuszczalny spadek napięcia od licznika energii elektrycznej w obwodzie odbiorczym do końca tego obwodu nie powinien przekraczać 3%.

Spadek napięcia wyrażony w % na dowolnym odcinku toru o długości l, wykonany przewodem o przekroju

S  i  konduktywności materiału żył   , jest określony zależnością:

  dla 1-faz.

dla 3-faz.

gdzie: I_B – obliczeniowy prąd obciążenia, U_Nf – napięcie znamionowe fazowe, U_N– napięcie znamionowe międzyprzewodowe, cos φ – współczynnik mocy,  X ,R – reaktancja i rezystancja przewodu, wyrażone wzorami:

Przy czym: x’ – reaktancja jednostkowa przewodów w mΩ.

W obliczeniach należy przyjmować długości l w metrach, przekroje przewodów S w mm², zaś konduktywność w  m/Ω mm² (56 dla żył miedzianych i 33 dla aluminiowych). Jednostkowe reaktancje x’ wynoszą ok. 0,07 – 0,08 mΩ/m dla linii kablowych, 0,10 mΩ/m dla instalacji w rurkach oraz 0,25 – 0,30 mΩ/m dla linii napowietrznych niskiego napięcia.

Jeżeli obliczenia spadku napięcia dotyczą linii (instalacji) do 1 kV, wykonanych kablami, przewodami wielożyłowymi lub jednożyłowymi ułożonych w rurkach, o przekroju żył nie większych niż 50 mm² Cu lub 70 mm² Al, pomija się wpływ reaktancji przewodów i spadek napięcia oblicza się z następujących zależności:

9.3 Cieplne działanie prądów

Przepływ prądów przekraczających zarówno obciążalność prądową przewodów jak i prąd znamionowy odbiorników i urządzeń elektrycznych, a także pogorszenie się warunków chłodzenia, przerwanie pracy urządzeń zapewniających wymuszone chłodzenie powodują zwiększenie się temperatury żył przewodów i uzwojeń urządzeń elektrycznych, co z kolei powoduje przyspieszone starzenie się izolacji, a niekiedy może być przyczyną jej zniszczenia, powstania pożaru lub wybuchu.

Z tych względów przewody i kable oraz różnorodne urządzenia elektroenergetyczne i niektóre złożone układy zasilania powinny mieć skuteczne zabezpieczenia przeciwprzetężeniowe oraz inne, powodujące samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku zwarć i przeciążeń oraz nieprawidłowej pracy innych urządzeń zapewniających właściwe warunki chłodzenia.

Zabezpieczenia przed skutkami prądów przetężeniowych mogą być wykonane przy zastosowaniu:

- jednego urządzenia zabezpieczającego zarówno przed skutkami zwarć jak i przeciążeń,

- dwóch różnych urządzeń, z których jedno zabezpiecza przed skutkami zwarć, a drugie przed skutkami

  przeciążeń.

Zasady sprawdzania przekroju przewodów ze względu na zabezpieczenie przed skutkami przepływu prądów przetężeniowych zostały określone w normie PN-IEC 60364-4-43:1999 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed prądem przetężeniowym.

Zabezpieczenie przewodów instalacyjnych przed skutkami przeciążeń

Urządzenia zabezpieczające przewody i kable przed skutkami przeciążeń powinny być tak dobrane, aby w przypadku przepływu prądów o wartości większej od długotrwałej obciążalności prądowej przewodów I_Z , następowało ich działanie zanim nastąpi nadmierny wzrost temperatury żył przewodów i zestyków w instalacji. Wymagania te uważa się za spełnione, jeżeli zachowane są następujące warunki:

I_B ≤  I_n  ≤ I_Z

Zabezpieczenia przeciążeniowe powinny być instalowane na początku obwodu oraz w miejscach, poza którymi następuje zmniejszenie się obciążalności przewodów, a zastosowane zabezpieczenia nie chronią tych odcinków obwodu. Dotyczy to:

- zmniejszenia przekroju przewodów,

- zmiany rodzaju przewodów na przewody o mniejszej obciążalności prądowej długotrwałej,

- pogorszenia się  warunków chłodzenia wskutek zmiany sposobu ułożenia przewodów, istnienia innych instalacji

  lub podwyższonej temperatury otoczenia.

Można nie stosować dodatkowych zabezpieczeń, jeśli długość chronionej części obwodu nie przekracza 3 m i nie zawiera rozgałęzień i gniazd wtyczkowych, oraz jest zabezpieczona skutecznie przed prądami zwarciowymi, a instalacja jest wykonana w sposób ograniczający do minimum niebezpieczeństwo powstania zwarcia, np. przez dodatkowe zabezpieczenie przed wpływami zewnętrznymi i nie znajduje się w pobliżu materiałów łatwopalnych.

Zabezpieczenie przewodów przed skutkami zwarć

Urządzenia zabezpieczające przed cieplnymi skutkami przepływu prądów zwarciowych powinny być tak dobrane, aby przerwanie prądu zwarciowego w obwodzie elektrycznym następowało wcześniej aniżeli wystąpi niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w przewodach oraz ich połączeniach. Zabezpieczenia zwarciowe przewodów instalacyjnych mogą być wykonane z zastosowaniem: bezpieczników, lub wyłączników samoczynnych z wyzwalaczami zwarciowymi.

Czas od momentu powstania zwarcia do przerwania prądu zwarciowego powinien być na tyle krótki, aby temperatura żył przewodów nie przekroczyła wartości granicznej dopuszczalnej przy zwarciu dla danego typu przewodów. Czas ten, w sekundach, nie powinien przekroczyć wartości granicznej dopuszczalnej wyznaczonej wg. wzoru:

gdzie:

t   -  czas w sekundach,

   S -   przekrój przewodu w mm²,

   I  -   prąd zwarciowy (wartość skuteczna składowej okresowej początkowej prądu zwarciowego),

   k -   współczynnik zależny od właściwości materiałów przewodowych i izolacyjnych (odpowiadający

          jednosekundowej dopuszczalnej gęstości prądu podczas zwarcia), Tablica 10.

Tablica 10  Wartości współczynnika dla różnych rodzajów przewodów

Zależności powyższe obowiązują dla czasów nie dłuższych niż 5 s i przekrojów nie większych niż 300 mm². Dla bezpieczników rzeczywisty czas trwania zwarcia wyznacza się z ich charakterystyk czasowo-prądowych pasmowych. Dla wyłączników czas ten, jeśli prąd zwarciowy jest większy od prądu wyzwalającego wyzwalaczy zwarciowych, wynika również z ich charakterystyki czasowo-prądowej i zwykle nie przekracza 0,1 s. Dla większości wyłączników instalacyjnych czas ten jest znacznie krótszy, i mieści się w zakresie 20-40 ms.

9.4 Wytrzymałość mechaniczna