Určeno pro studenty předmětu /01 BTS Bezpečnostní technika strojů

Transkript

1 Elektrická zařízení strojů ČSN EN Lektor: Ing. Tomáš Mlčák, Ph. D. Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB-TU Ostrava Leden 2009, Ostrava-Poruba

2 UPOZORNĚNÍ Uvedené textové soubory a jejich obsah jsou určeny výhradně jako učební a studijní pomůcka účastníkům kurzů pořádaných v rámci smlouvy s VŠB-TU a studentům VŠB TU Ostrava. Jejich použití pro jakékoliv jiné účely bez výslovného svolení autorů bude považováno za porušení autorských práv.

3 Přednáška č. 6 Elektrická zařízení strojů Určeno pro studenty předmětu /01 BTS Bezpečnostní technika strojů

4 Osnova 1. Strojní zařízení konstrukce, základní požadavky, časté chyby 2. Legislativní rámec, definice rizika 3. Riziko, příčiny, škody a typy ztrát

5 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

6 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

7 Oblast platnosti EN EN 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 ,31,32) Zejména pro konstrukci strojních zařízení je nutno respektovat EN Rozváděče nn

8 Přidružené normy k EN

9 Přidružené normy k EN

10 Vnější vlivy pro stroje dle EN 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

11 Pojmy nucené vedení kontaktů Nesmí dojít k současnému spojení obou kontaktů (např. při svaření jednoho kontaktu)

12 Pojmy nucené rozpínání kontaktů - pozitivní vypínací funkce kontaktu - označení pozitivní negativní vypínací funkce

13 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)

14 AC, DC - Napájecí napětí

15 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.

16 Základní požadavky a dosažení úrovně EMC Opatření pro omezení vytvářeného rušení a) Filtrovaný zdroj a) Filtrovaný zdroj b) Stínění c) Kryty d) Techniky radiofreokvenčního odrušení

17 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)

18

19 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

20 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

21 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

22 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)

23 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

24 Živé části Stroje ochrana před dotykem živých a neživých částí 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

25 Stroje ochrana před dotykem Neživé části živých a neživých částí 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

26 Průřezy PE vodiče: Ochranné 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 znamená svorku pro připojení vodiče vnějšího pracovního uzemnění

27 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 mm 2 b) Jeden PE průřezu 10 mm 2 c) Monitorování spojitosti PE vodiče

28 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

29 4. Řídící obvody stroje Napájeny z oddělovacího transformátoru * -obvod musí být jištěn -obvod musí být uzemněn ** -max. napětí je 277 V ( %) -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

30 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.

31 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

32 Požadavky na přístroje pro BLO nucené rozpínání kontaktů - pozitivní vypínací funkce kontaktu - označení pozitivní negativní vypínací funkce

33 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).

34 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

35 Další řídící funkce Dvouruční ovládání Souhlasné ovládání Kombinované ovládání (start stop) Bezdrátové při ztrátě signálu stop

36 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.

37 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

38 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

39 Připojení řídícího obvodu - I

40 Připojení řídícího obvodu - II

41 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

42 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)

43 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

44 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 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)

45 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

46 Dovolené průřezy vodičů

47 Proudová zatížitelnost pro řídící obvody

48 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/mm 2

49 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.

50 Barvy vodičů ve strojním zařízení Barvy natřených holých vodičů, přípojnic (rozvodna): Sítě AC 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 TN-C: Fáze (L): ORANŽOVÁ (počet černých pruhů je pořadí fáze) Ochranný a pracovní vodič PEN: Zeleno-žlutá Barvy natřených holých vodičů, přípojnic (rozvodna): Sítě DC 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): ČERVENÁ, MODRÁ Ochranný a pracovní vodič PEN: Zeleno-žlutá

51 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

52 Volba elektromotoru Kritéria volby typ motoru, typ cyklu, druh zatížení rozsah otáček (volba vlastní/cizí ventilace, řízení) volba řízení, spotřeba

53 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

54 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)

55 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)

56 Zkoušení pracovních strojů Shoda s technickou dokumentací Automatické odpojení od zdroje Měření izolačního odporu Zkouška napětím (AC 1kV) Ochrana před zbytkovým napětím Funkční zkoušky

57 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)