W artykule przedstawiono ogólne zalecenia normalizacyjne dotyczące łączników elektronicznych do instalacji elektrycznych. Zalecenia dotyczą m.in. układów automatyki ? regulatorów prędkości obrotowej silników elektrycznych, sterowanych ściemniaczy światła, łączników elektronicznych z wbudowanym czujnikiem reagującym na temperaturę lub natężenie oświetlenia.
Dyrektywa niskonapięciowa LVD podaje wymagania związane z bezpieczną pracą urządzeń elektrycznych zasilanych napięciem wyższym od 50 V napięcia przemiennego lub 75 V napięcia stałego. Dotyczą one zastosowania właściwych rozwiązań technicznych gwarantujących ochronę użytkownika przy dotyku pośrednim i bezpośrednim zarówno w stanie normalnej pracy, jak w stanach
ekstremalnych ? przeciążenie, zwarcie, udar mechaniczny, cieplny itd. Natomiast dyrektywa EMC [2] wymusza odpowiednią konfigurację obwodów elektronicznych zapewniającą poprawną pracę urządzeń w określonym środowisku zaburzeń. Urządzenia powinnytakże charakteryzować się określonym poziomem zaburzeń emitowanych, oddziaływujących na otoczenie w sposób niepowodujący zakłóceń pracy innych odbiorników. Projektowanie urządzeń powinno prowadzić z jednej strony do ograniczenia podatności urządzenia na zaburzenia, a z drugiej do minimalizacji zaburzeń wytwarzanych w czasie jego pracy przy utrzymaniu bezpieczeństwa eksploatacji przez użytkownika [20÷23]. Wymagania te można między innymi znaleźć w normach zharmonizowanych z dyrektywami LVD i EMC [1, 3, 4], które podają konkretne wymagania na obudowy i obwody elektryczne oraz dopuszczalne poziomy odporności i emisyjności dla różnych grup urządzeń, co ma na celu zapewnienie ich bezpiecznego i harmonijnego
współdziałania w środowisku elektromagnetycznym.
Sprawdzenie wymagań podanych przez normy zharmonizowane stanowi stosunkowo prostą metodę oceny zgodności urządzenia przez producenta, zazwyczaj współpracującego z jednostkami dysponującymi
odpowiednią aparaturą. W takim przypadku oceny zgodności z dyrektywami LVD i EMC nie istnieje obowiązek korzystania z usług strony trzeciej – jednostki kompetentnej lub notyfikowanej.
Normy zharmonizowane są wybranymi normami technicznymi opracowanymi i ustanowionymi przez europejskie organizacje normalizacyjne i wprowadzone do systemu normalizacji krajowej w co najmniej w jednym z krajów członkowskich Unii i pozwalające producentowi urządzenia zaprojektowanego i wyprodukowanego zgodnie z zaleceniami norm zharmonizowanych korzystać z domniemania 
zgodności wyrobu z wymaganiami stosownej dyrektywy, której norma dotyczy. Listę norm zharmonizowanych dla poszczególnych dyrektyw publikuje Dziennik Urzędowy Wspólnot Europejskich dostępny pod adresami internetowymi [3, 4] oraz rozporządzenie krajowe [1]. Na uwagę zasługuje strona UE [3], na której, oprócz wykazu dyrektyw i norm zharmonizowanych, można znaleźć komentarz do treści poszczególnych dyrektyw. Natomiast lista wszystkich norm krajowych również przyjętych na zasadzie uznania dokumentów europejskich w języku oryginalnym znajduje się pod adresem Polskiego Komitetu Normalizacyjnego [5].
Rys. 3. Sprawdzanie uszkadzania przewodów w urządzeniu wykonanym wg normy PN-EN 60669-1
Ocena zgodności łączników elektronicznych w zakresie dyrektywy LVD
Łączniki elektroniczne stanowią urządzenia, w których układy elektroniczne sterują elektromechanicznym mechanizmem stykowym lub łącznikiem półprzewodnikowym, np. sterowanym fazowo. Łączniki mogą być sterowane mechanicznie za pomocą potencjometru, przycisku lub też sygnałem z czujnika. Norma obejmuje także rozwiązania zdalnego sterowania łączników (p. 3.109 zespół elektroniczny do zdalnego sterowania [8]). Tak szeroka liczba opcji rozwiązań elementów sterowanych i wykonawczych pozwala zastosować wymienione wymagania do projektowania urządzeń pracujących w skomplikowanych układach centralnego i grupowego sterowania, np. w budynkach inteligentnych (rys. 1).
Podstawowe wymaganie podane w rozdziale 4. normy [8] wynika z postanowień dyrektyw LVD i EMC i dotyczy takiego zaprojektowania i wykonania łączników, aby podczas ich normalnego użytkowania działały niezawodnie i nie powodowały zagrożenia dla użytkownika i otoczenia, co należy sprawdzić przez wykonanie wszystkich przewidzianych w normie [8] badań; które powinny być spełnione.
Część normy zawarta w rozdziałach 5÷25 i 101÷102 dotyczy dyrektywy LVD i zawiera wymagania dotyczące klasyfikacji, znakowania, sprawdzenia wymiarów oraz szeregu badań związanych z oceną bezpieczeństwa mechanicznego i elektrycznego łącznika. Istotne informacje podają rozdziały 10. i 11. dotyczące odpowiednio ochrony przed porażeniem elektrycznym i połączenia ochronnego, gdzie do oceny stosuje się odpowiednio: znormalizowany palec probierczy oraz pomiar rezystancji metodą 4-przewodową przy prądzie o wartości co najmniej 25 A (wymaganie – rezystancja połączenia ochronnego mniejsza niż 0,05 rys. 2).
Badanie zacisków gwintowych (rozdział 12. w [8]) wymaga odpowiedniego oprzyrządowania – wkrętaka dynamometrycznego oraz specjalnych urządzeń do sprawdzania uszkadzania (rys. 3) i wyciągania przewodów. Rozdziały 13. i 14. [8] podają wymagania konstrukcyjne oraz dotyczące mechanizmu łącznika. Określenie odporności na starzenie, szkodliwe wnikanie wody i wilgoć (rozdział 15. w [8]) wymaga komory klimatycznej oraz urządzenia do badania stopnia ochrony przed wnikaniem ciał stałych i wody.
Po tygodniowym przebywaniu łącznika w temperaturze 20÷30OC przy
wilgotności 95% bada się zgodnie z rozdziałem 16. [8] rezystancję izolacji przy napięciu 500 V (rys. 4.) oraz wytrzymałość elektryczną przy napięciu przemiennym 2 kV, 3 kV lub 4 kV w zależności od badanego układu.
Następnie mierzy się rozkład temperatury w różnych częściach urządzenia i na tej podstawie wyznacza się dopuszczalne przyrosty temperatury (rozdział 17. [8]). Rozdziały 18. i 19. dotyczą badania zdolności załączania i wyłączania oraz trwałości, czyli utrzymania właściwości funkcjonalnych po przejściu określonej liczby cykli łączeniowych. Kolejne rozdziały normy [8] dotyczą odpowiednio: 20. – wytrzymałości mechanicznej, 21. – odporności na wysoką temperaturę (100OC i 125OC przez 1 godzinę), 22. – wkrętów i połączeń, 23. – odstępów izolacyjnych i powierzchniowych (odpowiednie CTI – wskaźnik odporności na prądy pełzające materiału płytki drukowanej), 24. – odporności materiału izolacyjnego na wysoką temperaturę, żar i prądy pełzające, 25. – odporności na korozję, 26. – wymagań EMC, 101. – warunków nienormalnych, 102. podzespołów i elementów.
|
Spis norm/dyrektyw/obwieszczeń
[1] Obwieszczenie Prezesa Polskiego Komitetu Normalizacyjnego z dnia 17 października 2005 r. w sprawie wykazu norm zharmonizowanych, (Monitor Polski nr 75 z 2005, poz. 1053). |
Ocena zgodności łączników
Poprawne zaprojektowanie i wykonanie urządzenia zawierającego elementy elektroniczne wymaga sprawdzania odporności i emisyjności urządzenia w stosunku do wymagań normy zharmonizowanej. W tablicach 1. i 2. zestawiono wymagania rozdziału 26. normy [8] dla łączników elektronicznych, gdzie wymaga się następujących prób odporności na:
-
zapady napięcia i krótkie przerwy (przerwa, zapad 60%, zapad 30%, każde 3 razy po 200 ms);
-
udary 1,2 ?s/50; ?s nakładane na napięcie zasilające (10 razy, co 30 sekund, napięcie probiercze 1 kV);
-
szybkie przejściowe przebiegi elektryczne (zasilanie 1 kV, sterowanie 0,5 kV, obie biegunowości, czas narażenia 1 minuta);
-
wyładowania elektrostatyczne (4 kV – przez dotknięcie lub 8 kV w powietrzu, 10 punktów, w każdym po jednym wyładowaniu dodatnim
i ujemnym); -
zaburzenia przewodzone indukowane przez pola o częstotliwości radiowej (poziom 3 V, modulacja 1 kHz);
-
pole magnetyczne promieniowane (natężeniepola 3 V/m).
Zgodnie z wymaganiami normy [8] w czasie próby stan i nastawy łącznika mogą zmieniać się, ale po próbie łącznik powinien być w takim samym stanie jak przed próbą, a nastawy nie mogą ulec zmianie. Wymaga to stosowania przez producentów specjalnych rozwiązań umożliwiających podtrzymanie stanu procesora lub zapamiętanie nastaw podczas trwania narażenia. W przypadku prób emisji zgodnie z [8] nie mogą być przekroczone poziomy poszczególnych składowych harmonicznych [10] oraz napięcia zaburzeń na zaciskach [6], (rys. 5).
Szereg wymagań podano w rozdziale 101., dotyczącym warunków nienormalnych, który określa zachowanie łącznika przy zwarciu różnych elementów lub w przypadku przeciążenia. Dodatkowo urządzenie powinno wytrzymywać zwarcia – tj. nie powodować zagrożenia pożarem przy dopuszczalnej utracie właściwości funkcjonalnych – w obwodzie o spodziewanym prądzie 1 500 A. W związku z po – wyższym w układach
ściemniaczy lub regulatorów wykorzystujących łączniki półprzewodnikowe i zabezpieczonych bezpiecznikami stosowanie szeregowych dławików zmniejszających emisję przewodzoną do odpowiedniego poziomu może powodować w przypadku 30-minutowego przeciążenia prądem 2,1 Ib (rys. 6) nadmierne nagrzewanie drutu emaliowego dławika i przekroczenie przyrostu temperatury dopuszczalnej określonej w normie na poziomie 110OC, co zazwyczaj powoduje uszkodzenie elementów elektronicznych wewnątrz obudowy oraz izolacji przewodów. Dodatkowo występuje problem nadmiernego nagrzewania ścieżek obwodów drukowanych, jeżeli w procesie projektowania nie uwzględniono wyższych od znamionowych poziomów prądu. W związku z tym należy optymalnie dobierać wartości indukcyjności dławika tak, aby utrzymać odpowiedni poziom zaburzeń przewodzonych oraz właściwą temperaturę elementów układu w warunkach przeciążeń.
Kontakt z autorem:molesz@ely.pg.gda.pl