Elektrická zařízení strojů ČSN EN 60204
Lektor:
Ing. Tomáš Mlčák, Ph Ph.. D. Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB--TU Ostrava VŠB
Leden 2009, Ostrava Ostrava--Poruba
UPOZORNĚNÍ Uvedené textové soubory a jejich obsah jsou určeny výhradně jako učební a studijní pomůcka účastníkům kurzů pořádaných v rámci smlouvy s VŠBVŠB-TU a studentům VŠB– VŠB –TU Ostrava. Jejich použití pro jakékoliv jiné účely bez výslovného svolení autorů bude považováno za porušení autorských práv.
Přednáška č. 6 – Elektrická zařízení strojů Určeno pro studenty předmětu 420-2006/01 BTS Bezpečnostní technika strojů
Osnova 1. Strojní zařízení – konstrukce, základní požadavky, časté chyby 2. Legislativní rámec, definice rizika 3. Riziko, příčiny, škody a typy ztrát
Legislativa pro bezpečnost strojů a strojních zařízení • 1. Skupina – nové výrobky – Bezpečnost strojních zařízení - splnění bezpečnostních požadavků nových výrobků – produktů (zák. 22/1997 Sb. a 176/2008 (resp. 24/2003) (Stroje), 616/2006 (EMC) (původně 18/2003) • 2. Skupina - Provozované výrobky – Bezpečnost strojů, technických zařízení, přístrojů a nářadí - minimální požadavky na bezpečný provoz a používání v závislosti na příslušném riziku vytvářeném daným zařízením, zák. 262/2006 Sb. a 309/2006 Sb. (Zdraví při práci), zák. 251/2005 – O inspekci práce – MPSV-SÚIP OIP
Elektrická zařízení strojů Stroje a strojní zařízení: • soubor zdrojů nebezpečí • příčiny škod na majetku nebo zranění či poškození zdraví jak u obsluhy tak i u nezúčastněné osoby • jedná se o potencionální zdroj fyzického zranění nebo poškození zdraví
Oblast platnosti EN 60204 EN 60204 je norma typu B Požadavky této normy mohou být odlišné (nedostatečné) od požadavků: a) Na stroje pracující v místech s nebezpečím výbuchu (EN 60079) b) Na stroje pracující v místech s nebezpečím požáru c) Na stroje pracující ve venkovním prostředí d) Na šicí stroje, stroje s napájením vn, zdvihací stroje (kapitoly EN 60204-11,31,32) Zejména pro konstrukci strojních zařízení je nutno respektovat EN 60439 -1 – Rozváděče nn
Přidružené normy k EN 60204-1
Přidružené normy k EN 60204-1
Vnější vlivy pro stroje dle EN 60204-1 Není-li dohodnuto s výrobcem (např. v dotazníku) jinak Provoz: AA5, AB4 (90% pro 20°C, 50 % pro 40°C, AC1 AD, AE, AF, AG, AH – přiměřené povaze prostředí, látek a stroje AG-AH – vějířová podložka je na proražení laku (ne na vibrace), opatření pro AG, AH – pérovka, dvě matice, zakápnutí barvou Zohlednit (zejména pro volbu izolace) emisi záření Skladování: -25°C ~ 55 (70) °C
Pojmy • nucené vedení kontaktů
Nesmí dojít k současnému spojení obou kontaktů (např. při svaření jednoho kontaktu)
Pojmy • nucené rozpínání kontaktů - pozitivní vypínací funkce kontaktu - označení pozitivní
negativní vypínací funkce
Pojmy • Porucha – jev • Závada – stav (objekt po poruše má závadu – poruchový stav – není schopen vykonávat požadovanou funkci) • Nouzové vypnutí – odpojení (okamžité) přívodu elektrické energie, části instalace • Nouzové zastavení – může být realizováno jako nouzové vypnutí (zastavení kategorie 0 nebo jako řízené nouzové zastavení – kategorie 1)
AC, DC - Napájecí napětí
Základní požadavky a dosažení úrovně EMC Zařízení nesmí vytvářet elektromagnetické rušení překračující úrovně, které odpovídají jeho předpokládanému pracovnímu prostředí. Kromě toho musí mít zařízení takovou úroveň odolnosti proti elektromagnetickému rušení, aby mohlo pracovat v předpokládaném prostředí.
Základní požadavky a dosažení úrovně EMC Opatření pro omezení vytvářeného rušení a) Filtrovaný zdroj b) Stínění c) Kryty d) Techniky radiofreokvenčního odrušení
Základní požadavky a dosažení úrovně EMC Opatření pro zvýšení odolnosti zařízení na vf rušení a) Připojení citlivých elektronických obvodů k rámu - značka b) Připojení citlivých elektronických obvodů přímo k vodiči PE nebo k vodiči pracovního uzemnění FE – značka c) Oddělení obvodů od zdrojů d) Kryty na minimalizaci radiofrekvenčního přenosu e) Techniky elektrické instalace EMC - twist pair vodiče (kroucené vodiče) -udržování dostatečné vzdálenosti - křížení vodičů pod úhlem 90 ° - vedení vodičů co nejblíže k umělé zemi - stínění (elektrostatické, elektromagnetické)
Obvody elektrických zařízení strojů Ukončení napájecího vodiče: K jedné svorce lze upevnit více vodičů, je-li na to svorka navržena, s výjimkou PE – jen 1 vodič Svorka PE (připojení k uzemňovací soustavě – označení písmeny PE) Místa propojení kostry - Připojovací místo – Chyba – k jedné PE svorce lze připojit pouze 1 ochranný vodič m.j. trafo pro napájení do plošného spoje chyceno na lištu
Hlavní vypínač Hlavní vypínač (pokud to není jistič) má pouze dvě polohy, pokud neslouží k havarijnímu vypnuti není rukojeť červená, je uzamykatelný ve vypnuté poloze, umístěný 0,6 – 1,9 m nad přístupovou rovinou Doporučená výška nad obslužnou rovinou je 1,7 m, s volnou plochou před vypínačem minimálně 0,7 m Obvody, které nejsou vypínané hlavním vypínačem musí být označeny trvalým štítkem + - označení štítkem v blízkosti každého obvodu nebo - oddělení obvodu od ostatních obvodů - Označení barvou vodičů
Chyba – neoznačený hlavní vypínač
Hlavní vypínač Hlavní vypínač - odpínač s pojistkami nebo bez nich - odpojovač – odpojující i stykače - jistič - spínací přístroj vhodný pro odpojení - zásuvkové spojení – nutné s blokováním, nebo spínacím přístrojem
Umístění výstražné značky na hlavním vypínači
Hlavní vypínač Hlavní vypínač musí zabránit neočekávanému spuštění. Hlavní vypínač musí mít vypínací schopnost rovnou záběrovému proudu nejsilnějšího motoru + jmenovitým proudům ostatních motorů. Za hlavní vypínač (obecně) nelze považovat stykač napájený z řídících obvodů Pro více hl. vypínačů je nutno v případě ohrožení osob/ výrobků/ stroje použít vzájemné blokování (na spuštění)
Stroje - krytí Stroje v prostorách laické obsluhy, dětí: IP 4X, resp. IP XX-D Pro ochranu nebezpečných živých částí krytem = krytí min.: IP 2X, IP XXB, resp, IP 4X - svisle Vnitřní prostor stroje: - Otevíratelný jen pomocí klíče, nástroje - Krytí IP 2X , resp. XX-B, vnitřní strana dveří IP X1 - Blokování
Stroje – ochrana před dotykem živých a neživých částí Živé části • izolace (lze odstranit pouze násilím) Pozor – nátěr a smalt není izolace • mezistěny, přepážky- krytí – min. IP 2X (IP 4X svisle) • elektrické blokování dveří • ochrana bezpečným malým napětím • Přístup do místnosti jen pro kvalifikované osoby • Ochrana před zbytkovým napětím – kondenzátory – nutné upozornění
Chyba – absence krytí na signálkách 230 V
Stroje – ochrana před dotykem živých a neživých částí Neživé části automatické odpojení od zdroje (vypínací čas v síti TN nemá přesáhnout 5s) použití zařízení tř. ochrany II. nutná viditelná značka Pozor – PE vodič musí mít stejnou izolaci jako fáze Ochrana elektrickým oddělením Ochrana použitím PELV - bezpečné malé napětí – max. 60 V DC, 25 V AC
Ochranné vodiče Průřezy PE vodiče:
Průřezy vodiče pospojování: polovina průřezu odpovídajícího ochranného vodiče pro horší vodivost konstrukčních částí Z pospojování mohou být vynechány: předměty 50*50 mm, kabelové úchyty, umístěny tak, že je nepravděpodobný kontakt s živými částmi Pozor: Značka uzemnění
znamená svorku pro připojení vodiče vnějšího pracovního
Požadavky na stroje s velkým unikajícím proudem Pro unikající proudy > 10 mA (AC) tj. v praxi zejména pohony s měniči kmitočtu a) Dva PE vodiče (do místa, kde je PE 10 mm2 b) Jeden PE průřezu 10 mm2 c) Monitorování spojitosti PE vodiče
Možné omezení vlivů vysokých svodových proudů
Napájení zařízení z oddělovacího transformátoru, tento transformátor má jeden pól sekundárního vinutí spojen s PE vodičem. PE vodič od zařízení k transformátoru je proveden jako vodič s vysokým unikajícím proudem
4.
Řídící obvody stroje
Napájeny z oddělovacího transformátoru * -obvod musí být jištěn -obvod musí být uzemněn ** -max. napětí je 277 V (230 + 20 %) -Světle modrý vodič nemá v řídících obvodech co dělat
Pozn. Výjimka – jeden spouštěč + 2 řídící přístroje = start, stop U obvodu SELV je nutný hlídač zemního spojení, jistí se na obou stranách napájení
Hlavní bezpečnostní funkce u strojů a strojního zařízení zajištovány bezpečnostními obvody: • nouzové vypnutí, (zapnutí) • nouzové zastavení NZ (kategorie 0, 1), (spuštění) • blokování pohonu nebezpečných pohybů v závislosti na: - poloze ochranných krytů - signálech od bezpečnostních ochranných zařízení, • kontrola dvouručního ovládacího zařízení, • kontrolu ventilů a doběhů u hydraulických a mechanických lisů apod.
Řídící obvody – pracovní režimy pozastavení bezpečnostních funkcí Volba pracovního režimu nesmí vyvolat spuštění stroje. Pro každý pracovní režim musí být uskutečněna ochranná opatření Pozastavení bezp. funkcí pro např. seřizovací režim - Zablokování všech ostatních systémů a jedno nebo více opatření: a) Vyvolání funkce vratným ovládacím spínačem b) omezení rychlosti nebo energie c) omezení rozsahu pohybu d) přenosná jednotka s funkcí total stop, uvolňovací zařízení e) bezdrátová jednotka s funkcí zastavení, uvolňovací zařízení Při provozu z jednotek d,e je možno spustit stroj jen z jedné jednotky (zablokování jiného spuštění) total stop je ovšem vhodný (nutný) aktivní ze všech jednotek. Pro bezdrátové jednotky platí – při chybě komunikace, ztrátě signálu dojde k zastavení
Požadavky na přístroje pro BLO • nucené rozpínání kontaktů - pozitivní vypínací funkce kontaktu - označení pozitivní
negativní vypínací funkce
Kategorie funkce STOP (zastavení) • Kategorie 0 - neřízené zastavení bezpečnostním vypnutím,(v činnosti jsou brzdy a mechanické přístroje určené k zastavení).
• Kategorie 1 - řízené zastavení, (výkonové části stroje zůstanou během zastavování pod napětím).
• Kategorie 2 - řízené zastavení, (akční členy řídícího systému zůstávají pod napětím).
Nouzové zastavení pracovního stroje Povolena jen kategorie 0, nebo I. Tlačítko nouzového zastavení – červené, s aretací, má-li pozadí – žluté Obnovení povelu NZ (reset) nesmí způsobit spuštění stroje Nouzové zastavení je nadřazeno všem funkcím stroje
Další řídící funkce
Dvouruční ovládání Souhlasné ovládání Kombinované ovládání (start – stop) Bezdrátové – při ztrátě signálu stop
Požadavky na bezdrátové jednotky Je-li k dispozici více jednotek, musí být vždy jen jedna aktivní (stop je možné ze všech jednotek) Při kolísání stavu baterie, neplatném signálu, požadavku na stop, ztrátě komunikace – zastavení stroje.
Typy dvouručního ovládání • Typ 1 – aktivace oběma rukama, nepřetržité držení – ovládání. Není vhodný pro bezpečnostní obvody • Typ 2 – stejné jako typ 1, ale má uvolňovací obvod, nutné pro další spuštění vybavení obou tlačítek • Typ 3 – stejné jako typ 2 + aktivace obou tlačítek v rozmezí 0,5 s, jinak nový start
Řídící funkce v případě poruchy Proti poruše je možné v zásadě postupovat jedním (nebo kombinací) opatření uvedených v a) b) nebo c): a) Použití osvědčených technik – např. - připojení řídících obvodů k ochrannému obvodu a definovaným zapojením - zastavením odpojením napájecího napětí - vypínáním všech vodičů řídících obvodů k řízenému zařízení - spínací přístroje s nuceným vypínáním - návrh obvodu zaměřený na omezení možnosti poruch způsobujících nežádoucí činnosti (převládající (definovaný) režim poruchy) b) Zajištění úplného nebo částečného zálohování - buď on-line (v reálném) čase nebo nepřímo v off-line – při potřebě je k dispozici b) Zajištění diverzity (odlišnosti) - kombinace zapínacích a vypínacích kontaktů ovládaných blokovacími ochrannými kryty - použitím různých typů součástek v řídících obvodech - kombinace elektronických a elektromechanických zařízení v zálohovaných uspořádáních - kombinace hydraulického a elektrického obvodu (společně se zálohováním
Připojení řídícího obvodu - I
Připojení řídícího obvodu - II
Ochranná opatření ve strojních zařízeních Mohou být realizovány ochrany před: a) Nadproudy (přetížení, zkrat) b) Přetížení/ ztráta chlazení motorů c) Vysoké teploty d) Ztráty nebo poklesu napětí e) Zemního spojení/ rozdílového proudu f) Nesprávného sledu fází g) Atmosférického a spínacího přepětí
Ochrana před nadproudy Přívod ke stroji realizuje uživatel (jištění a připojení specifikuje dodavatel v průvodní dokumentaci). Jistí se všechny živé vodiče, kromě nulového vodiče (N) v síti TN (má-li redukovaný průřez, musí mít detekci nadproudu) Nejistí se stejnosměrný silový vodič připojený ke kostře/ vodiči PE Jistí se pro řídící okruhy PELV vodič(e) nepřipojený k ochrannému obvodu Pro SELV se jistí OBA vodiče. Jistí se zásuvky (v obou pólech jsou-li z oddělovacího trafa) Jistí se místní osvětlení (v obou pólech, jsou-li z oddělovacího trafa) Transformátory (primár na zkrat, sekundár i na přetížení)
Ochrana před nadproudy Umístění jistících přístrojů a) Na začátku vedení, odbočky, změny uložení vedoucí ke změně proudové zatížitelnosti b) Po cestě (dále) za předpokladu 3 podmínek 1. zatížitelnost vodiče > proud zátěže 2. délka je menší než 3 metry (k jistícímu přístroji) 3. vodič je instalován a chráněn, aby bylo minimální riziko zkratu
Ochrany motorů Ochrana proti nadměrnému oteplení se provádí pro motory s výkonem 0,5 kW a více, možnosti: a) ochrana proti přetížení (nadproud) b) ochrana proti nadměrné teplotě (čidla) c) ochrana omezující proud Ochrana před nadměrnými otáčkami (kde připadá v úvahu) Ochrana proti zemnímu spojení/rozdílovému proudu (týká se všech částí stroje) Ochrana před nesprávným sledem fází Ochrana proti atmosférickému přepětí (týká se všech částí stroje) Ochrana před přerušením napájení a následným obnovením napětí (zejména nebezpečný stav daný samovolným spuštěním)
Zásady pro instalaci • Neelektrické zařízení (hydraulika) nesmí být společně s řídícími obvody. • Svorky se dělí (extra svorky) pro * silové obvody * řídící obvody * řídící obvody z vnějšího zdroje Nekříží se vstupy a výstupy • Separace zejména hydrauliky a elektriky
Dovolené průřezy vodičů
Proudová zatížitelnost pro řídící obvody
Požadavky na vodiče Kde je častý pohyb (1 za hodinu) – slaněný kabel Izolace musí vydržet zkuš. napětí AC 2 KV pro pracovní napětí > 50 V, resp. AC 500 V pro prac. Napětí < 50 V. Materiál jádra – měď, vodič musí vydržet mech. Tah 15 N/mm2
Kódování barev Prováděcí ustanovení – zásady: Dovolené barvy – černá, hnědá, červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, fialová, šedá, růžová, bílá, tyrkysová Jednotlivé barvy zelená a modrá – pouze tam, kde je vyloučena záměna s PE vodičem. (Z/Ž = vyhrazená barva) N, M vodič – málo sytá modř – světle modrá – musí být je-li N pro N PEN – Z/Ž + modré návlečky, resp. modrá + Z/Ž Vyjma vyhrazené barvy jsou předpisy v rovině přednostní.
Barvy vodičů ve strojním zařízení Barvy natřených holých vodičů, přípojnic (rozvodna): Sítě AC
Barvy natřených holých vodičů, přípojnic (rozvodna): Sítě DC
V síti NN typu TN-S Fáze (L): ORANŽOVÁ (počet černých pruhů je pořadí fáze) Nulový vodič (N): Světle modrá Ochranný vodič PE: Zelenožlutá
V síti NN typu TN-S Fáze (L): ČERVENÁ, MODRÁ Střední vodič (N): Světle modrá Ochranný vodič PE: Zelenožlutá
V síti TN-C: Fáze (L): ORANŽOVÁ (počet černých pruhů je pořadí fáze) Ochranný a pracovní vodič PEN: Zeleno-žlutá
V síti TN-C: Fáze (L): ČERVENÁ, MODRÁ Ochranný a pracovní vodič PEN: Zeleno-žlutá
Barvy vodičů ve strojním zařízení červená – řídící kruhy pracovních strojů – střídavé napájení modrá - řídící kruhy pracovních strojů – stejnosměrné napájení oranžová – vodiče nevypínané hlavním vypínačem Pozn. Ve staré instalaci se lze setkat s vodičem zeleným (PE) a šedým (N), stejně jako u strojů dovážených např. z USA, styk po ověření možno užít bez úprav
Volba elektromotoru Kritéria volby • typ motoru, typ cyklu, druh zatížení • rozsah otáček (volba vlastní/cizí ventilace, řízení) • volba řízení, spotřeba
Osvětlení Jmenovité napětí místního osvětlení < 250 V (doporučuje se < 50 V) Spínač osvětlení nesmí být zabudován ve šňůře ani v objímce Napájení z a) Oděělovacího ochranného trafa před hlavním vypínačem (sekundár jištěný) b) Oddělovacího ochranného trafa za hlavním vypínačemm (sekundár jištěn, zdroj je jen pro údržbu v krytech) c) Obvod stroje s vyhrazeným jištěním d) Oddělovací ochranný transformátor s prostředky pro odpojení primáru připojený před hlavní vypínač (strana sítě) e) Vnější světelný obvod – napájení závodu
Značení – na stroji Kde není patrné že je elektrické zařízení značka: Kde jsou horké povrchy musí být značka: Označení zařízení – poblíž napájení musí být štítek s informacemi: - jméno nebo ochranná známka dodavatele - certifikační značka (je-li vyžadována) - výrobní číslo, kde přichází v úvahu - jmenovité napětí a proud, počet fází, kmitočet - jmenovitý zkratový výkon zařízení - číslo hlavního dokumentu (IEC 62023)
Technická dokumentace Musí být v dohodnutém jazyce, obsahuje a) Hlavní dokument (seznam částí nebo seznam dokumentů) b) Doplňující dokumenty obsahující 1) úplný popis zařízení, montáže, instalace a připojení 2) požadavky na napájení 3) informace o prostředí (např. protokol vnější vlivy, osvětlení atd.) 4) přehledová (bloková) schémata jsou-li nutná 5) obvodová schémata 6) informace (kde přichází v úvahu) o programování, sledu činnosti, prohlídkách, servisu, návod k seřizování a údržbě, seznam náhr. dílů 7) popis vč. propojovacích schémat bezpečnostních ochran, blokovacích funkcí 8) popis bezpečnostních prostředků kde jsou nutné k vyřazení ochran (údržba) 9) pokyny pro zajištění stroje a bezpečnou údržbu 10) informace o dopravě, manipulaci a skladování 11) informace o zatěžovacích proudech, rozběhových proudech 12) informace o zbytkovém riziku (vč. předpokládaného nespr. použití)
Zkoušení pracovních strojů • • • • • •
Shoda s technickou dokumentací Automatické odpojení od zdroje Měření izolačního odporu Zkouška napětím (AC 1kV) Ochrana před zbytkovým napětím Funkční zkoušky
Zkoušení pracovních strojů Vzhledem k tomu, že mnohé moderní strojní zařízení patří ke složitým elektromechanickým zařízením se spoustou specifických rizik není často v silách revizního technika komplexně zkoušet tato zařízení a hodnotit elektrické zařízení z hlediska bezpečnosti. Je někdy lepší pravidelné zkoušky a údržbu přenechat odborné servisní organizaci. (RT potom hodnotí de-facto pouze přívod)
