LVD i EMCWyposażenie elektryczne

Rozdzielnice i sterownice wg PN-EN 61439-18 min read

Rozdzielnice i sterownice wg PN-EN 61439-1

Z dyrektywą EMC o kompatybilności elektromagnetycznej 2014/30/UE oraz z dyrektywą niskonapięciową LVD 2014/35/UE zharmonizowana jest wieloczęściowa norma PN-EN 61439. Pierwsza część, PN-EN 61439-1 jest podstawową normą stosowaną dla zestawów rozdzielnic i sterownic niskonapięciowych, w której określono warunki eksploatacji, wymagania dotyczące konstrukcji, cechy techniczne oraz wymagania dotyczące weryfikacji w odniesieniu do rozdzielnic i sterownic niskiego napięcia.

Stosując jakąkolwiek normę warto szczegółowo sprawdzić, do czego norma ta ma zastosowanie, bo używane w normach pojęcia nie wskazują w sposób pozbawiony wątpliwości zakresu zastosowań. Załóżmy zatem, że produktem naszym jest szafa elektryczna, która przeznaczona będzie do zabudowy w modernizowanej maszynie. Szafa elektryczna zawiera wszelką potrzebną do zapewnienia sterowania aparaturę, taką jak układy zabezpieczające, łączeniowe, pomiarowe i sterowania (PLC). Czy produkt taki jest rozdzielnicą lub sterownicą w rozumieniu normy PN-EN 61439-1?

Jak najbardziej. Norma PN-EN 61439-1 definiuje rozdzielnice i sterownice jako tzw. zestawy, które podlegają tej normie, jeśli:

  • napięcie znamionowe zestawu nie przekracza 1000V prądu przemiennego i 1500V w przypadku prądu stałego;
  • zestaw jest przeznaczony do zainstalowania na stałe lub w instalacji ruchomej, zarówno w obudowie jak i bez obudowy;
  • zestaw jest przeznaczony do stosowania przy wytwarzaniu, przesyłaniu, rozdziale i przekształcaniu energii elektrycznej oraz do sterowania wyposażeniem zużywającym energię elektryczną;
  • zestaw jest przeznaczony do użytkowania w szczególnych warunkach eksploatacji, np. na statkach i środkach transportu kolejowego (pod warunkiem spełnienia pozostałych szczegółowych wymagań);
  • zestawów przeznaczonych do wyposażenia elektrycznego maszyn, pod warunkiem spełnienia pozostałych szczegółowych wymagań (dodatkowe wymagania w przypadku maszyn podano np. w normie PN-EN 60204-1).

Sam zestaw jest w normie PN-EN 61439-1 zdefiniowany jako jeden lub wiele łączników niskonapięciowych, wraz ze współpracującym wyposażeniem sterowniczym, pomiarowym, sygnalizującym, zabezpieczającym, regulacyjnym, ze wszystkimi wewnętrznymi połączeniami elektrycznymi i mechanicznymi oraz częściami konstrukcyjnymi.

Projektując i budując taki zestaw, wytwórca zestawu staje się producentem zestawu i musi potwierdzić, że rozdzielnica lub sterownica spełnia wymagania zasadnicze w zakresie wszystkich dyrektyw UE dotyczących zestawów rozdzielnic i sterownic.

Aby producent zestawu mógł udowodnić, że zestaw spełnia wymagania zasadnicze, muszą zostać przeprowadzone przez niego badania w celu weryfikacji projektu, montażu i funkcjonalności. Norma wyróżnia 2 etapy weryfikacji:

  • weryfikację konstrukcji,
  • weryfikację wyrobu.

Weryfikacja konstrukcji wg PN-EN 61439-1

Norma PN-EN 61439-1 opisuje trzy, alternatywne metody weryfikacji konstrukcji wyposażenia:

  • weryfikacja przez badanie (sprawdzanie), testowanie;
  • weryfikacja przez porównanie z wzorcową konstrukcją odniesienia;
  • weryfikacja przez dokonanie oceny, tj. potwierdzenie dokonania właściwych obliczeń i zasad budowy, z uwzględnieniem odpowiedniego marginesu bezpieczeństwa.

Wyposażenie elektryczne maszyn, zestawione i połączone w jeden produkt musi spełniać wymagania EMC. Obwody elektroniczne obejmują, na przykład, zasilacze impulsowe lub obwody zawierające mikroprocesory o wysokiej częstotliwości. Komponenty z obwodami elektronicznymi muszą być odpowiednie dla zamierzonego środowiska EMC. Muszą być one zainstalowane i okablowane zgodnie z instrukcjami producentów urządzeń.

Szafy sterownicze nie są podatne na zakłócenia elektromagnetyczne, jeśli nie zawierają urządzeń z obwodami elektronicznymi. Sprzęt bez układów elektronicznych obejmuje na przykład styczniki (bez elektronicznego wyzwalacza). Nie muszą zatem przechodzić testów odporności na zakłócenia. Zakłócenia spowodowane warunkami zasilania, takimi jak na przykład fluktuacje napięcia, spadki lub przerwy, są już brane pod uwagę w projekcie urządzenia lub mogą być wyeliminowane przez włączenie odpowiednich elementów obwodu.

Weryfikacja wg PN-EN 61439-1 przez dokonanie oceny

Jedynymi okolicznościami, w których badania EMC pod kątem odporności na zakłócenia i emisji zakłóceń nie muszą być przeprowadzane na końcowych zestawach, są następujące dwa warunki opisane poniżej:

  • zamontowane urządzenia i elementy składowe wyposażenia są zgodne z wymaganiami EMC dla podanego środowiska, zgodnie z wymaganiami danego wyrobu lub ogólną normą EMC;
  • instalacja i okablowanie wewnętrzne wykonano zgodnie z instrukcjami producentów urządzeń i elementów składowych wyposażenia (układ z uwzględnieniem wzajemnych wpływów, kabli, ekranowania, uziemienia itp.).

W takim wypadku może być przeprowadzona weryfikacja przez dokonanie oceny (por. art. PN-EN 61439-1: 2011, załącznik J.9.4.2). Zakres oceny umieszczony jest w tabeli poniżej. Wyjaśnienie tego zakresu byłoby zbyt obszerne, dlatego po szczegółowe informację odsyłam do normy PN-EN 61439-1.

Weryfikacja wg PN-EN 61439-1 przez badanie

Jeżeli te dwa warunki nie są spełnione, wówczas sprzęt musi zostać poddany testom w celu zweryfikowania jego zgodności z odpowiednimi wymaganiami dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej. Te procedury testowe są opisane w rozdziale “J.10.12 Badania EMC” normy EN 61439-1: 2011.

Tylko w przypadkach, w których nie jest możliwe przestrzeganie specyfikacji producenta urządzenia lub gdy nie można osiągnąć równomiernej równowagi między emisją a odpornością, konieczne jest dokonanie weryfikacji kompatybilności elektromagnetycznej poprzez badanie zgodnie z normą EN 61439-1. W takim przypadku poziom wprowadzanych zakłóceń oraz odporność na zakłócenia muszą być zbadane i przeprowadzone zgodnie z odpowiednią normą EMC.

Komitety normalizacyjne przeprowadziły szczegółowe dyskusje i wyraziły kontrowersyjne opinie na temat tego, jak należy określić i zweryfikować warunki EMC dla szaf sterowniczych. Z uwagi na to, że szafy sterownicze dla maszyn są zwykle wytwarzane wg indywidualnych potrzeb użytkownika, z koniecznością indywidualnego doboru sprzętu i zmiany warunków otoczenia, są one prawie zawsze unikalnym projektem.  Dlatego weryfikacja przez badanie jest praktycznie niemożliwa nie tylko ze względów technicznych, ale także z przyczyn ekonomicznych. W związku z tym podstawową opcją jest testowanie poszczególnych elementów wyposażenia, które są istotne pod względem EMC (np. wyłączniki z elektroniczną jednostką wyzwalającą, sterowniki elektroniczne, softstarty, przetwornice częstotliwości itp.) pod względem ich kompatybilności elektromagnetycznej i przydatności do zamierzonego zastosowania. Uwzględnia się zatem typowe metody okablowania, odstępy i specyficzne dla producenta informacje dotyczące poszczególnych elementów wyposażenia, gdy jest on zainstalowany w szafach elektrycznych.

Weryfikacja EMC przez badanie jest na ogół niezwykle czasochłonnym i kosztownym procesem. W odniesieniu do zestawów, weryfikacja EMC przez badanie jest opłacalna tylko wtedy, gdy produkowana jest duża ilość całkowicie identycznych zestawów na dużą skalę. Dzieje się tak na przykład w przypadku, gdy pewne moduły są instalowane w wielu zestawach dla różnych zastosowań i jeśli konieczne jest odejście od specyfikacji producenta tych modułów z ważnych powodów (takich jak wymagania dotyczące miejsca).

Jednak nawet w przypadkach, w których producent zestawu decyduje się całkowicie polegać na specyfikacjach producentów urządzeń, korzystnie jest znać przynajmniej podstawowe problemy związane z EMC i zrozumieć, dlaczego konieczne jest przestrzeganie określonych przepisów dotyczących instalacji i okablowania w celu zapewnienia zgodności z wymaganiami EMC. Można o tym poczytać w artykule “Sposoby redukcji zakłóceń elektromagnetycznych”.

Lista weryfikacji konstrukcji, które należy wykonać (na podstawie zał. D PN-EN 61439-1)
L.p. Weryfikowane cechy Badanie Porównanie z zestawem odniesienia Ocena
1 Wytrzymałość materiałów i części
Odporność na korozję TAK NIE NIE
Właściwości materiałów izolacyjnych
Stabilność temperaturowa TAK NIE NIE
Odporność na temperaturę i ogień wskutek oddziaływania łuku elektrycznego TAK NIE TAK
Odporność na promieniowanie UV TAK NIE TAK
Unoszenie TAK NIE NIE
Uderzenia mechaniczne TAK NIE NIE
Oznakowanie  TAK NIE NIE
2 Stopień ochrony obudowy  TAK NIE  TAK
3 Odległości TAK NIE NIE
4 Odstępy izolacyjne TAK NIE NIE
5 Ochrona przed porażeniem elektrycznym oraz ciągłość przewodów ochronnych
Skuteczna ciągłość pomiędzy dostępnymi częściami przewodzącymi zestawu i obwodem ochronnym TAK NIE NIE
Wytrzymałość zwarciowa zabezpieczanego obwodu TAK TAK NIE
6 Przyłączenie urządzeń łączeniowych i komponentów NIE NIE TAK
7 Wewnętrzne obwody elektryczne i połączenia NIE NIE TAK
8 Zaciski dla kabli zewnętrznych NIE NIE TAK
9 Właściwości dielektryczne
Napięcie udarowe TAK NIE NIE
Wytrzymałość przepięciowa TAK NIE TAK
10 Limity przyrostu temperatury TAK TAK TAK
11 Wytrzymałość zwarciowa TAK TAK NIE
12 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) TAK NIE TAK
13 Działanie mechaniczne TAK NIE NIE

Weryfikacja wyrobu wg PN-EN 61439-1

Weryfikacja wyrobu ma na celu wykrycie uszkodzeń materiałów i jakości wykonania oraz zapewnienie odpowiednie funkcjonalności wytwarzanych zestawów. Weryfikację tą musi przejść każdy zestaw. Weryfikacja wyrobu powinna potwierdzić, że weryfikacja konstrukcji jest możliwa.

Nie wymaga się przeprowadzania weryfikacji wyrobu w odniesieniu do w budowanych urządzeń i niezależnych elementów wyposażenia w zestawie, jeżeli zostały dobrane do odpowiedniego zastosowania i zainstalowane zgodnie z instrukcjami producentów tych urządzeń.

Weryfikacja powinna obejmować następujące kategorie:

  1. Konstrukcja
    • stopień ochrony obudowy,
    • odstępy izolacyjne powietrzne i powierzchniowe,
    • ochronę przeciwporażeniową i integralność obwodu ochronnego,
    • wbudowanie elementów wyposażenia do tego przeznaczonych,
    • wewnętrzne obwody elektryczne i połączenia,
    • zaciski i przewody zewnętrzne,
    • działanie mechaniczne.
  2. Działanie
    • właściwości dielektryczne,
    • oprzewodowanie, działanie łączeniowe i funkcjonalność.

Wyjaśnienie tego zakresu byłoby zbyt obszerne, dlatego zainteresowanych odsyłam do normy PN-EN 61439-1, gdzie szczegółowo wyjaśniono każdy etap weryfikacji z osobna.