Podstawy elektryki

Podstawowe jednostki stosowane w elektryce

 

W elektryce spotykamy się z wieloma definicjami jednostek elektrycznych opisującymi różne zjawiska związane z przepływem prądu i polem magnetycznym z nim związanym. W praktyce natomiast dla zobrazowania prostych zasad działania domowej sieci elektrycznej będziemy używali tylko tych podstawowych wymienionych poniżej, które postaramy się opisać w namacalny sposób przyrównując przepływ prądu do przepływu wody, który w miarę czytelnie wyjaśni nam zasady jego funkcjonowania.

Spróbujemy więc przyrównać prostą sieć elektryczną do prostej sieci hydraulicznej, a konkretniej do centralnego ogrzewania.

Zakładając że generator to pompa wodna w boilerze, przepływ prądu to przepływ wody od ujścia pompy do jej wlotu, napięcie -  jako różnica potencjałów między przewodami to w naszym wypadku różnica ciśnień między rurkami – przed i za pompą, moc to ilość + prędkość czyli objętość/masa przepompowanej wody w jednostce czasu, rezystancja przewodu to rezystancja/grubość rurki.

 

Prąd (I)

Prąd (I) – jednostka A (amper) – z fizyki: uporządkowany przepływ elektronów, a w naszym wypadku będzie określać kierunek przepływu i ilość cząstek przepływającej wody. Kierunek przepływu (polaryzacja) uwarunkowany jest kierunkiem pracy pompy.

 

 I = U / R

 

Napięcie (U)

Napięcie (U) – jednostka V (volt) – z fizyki: różnica potencjałów pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego (np dwoma przewodami N i L), u nas będzie to różnica ciśnień pomiędzy dwoma rurkami np. za ujściem pompy z wysokim ciśnieniem – rurka zasilająca a druga przed pompą podciśnieniowa lub np. pusta rurka połączona zaworem (wyłącznikiem w elektryce) z tą zasilającą. Pomiędzy dwoma przewodami fazowymi nie będzie różnicy potencjałów, więc jak je połączymy nic się nie stanie bo będą te same ciśnienia. Różnica tych ciśnień wywoła ruch płynu lub prądu w jakąś stronę ( w tą w której będzie mniejsze ciśnienie).

 

 U = I x R

 

Moc (P)

Moc (P) - jednostka W (watt) – z fizyki: praca wykonana w jednostce czasu lub z elektryczności iloczyn natężenia przepływającego przez nie prądu i napięcia elektrycznego U, do którego urządzenie jest włączone. W naszym wypadku obrazowana będzie możliwością ilości przepompowanej wody w jednostce czasu. Moc w wysokiej mierze zależy od  napięcia/ciśnienia pomiędzy dwoma punktami instalacji wywołanej pracą generatora prądu/pompy wodnej oraz możliwości przepływu prądu/wody zależnego w dużej mierze od rezystancji np. średnicy przewodów/rur i zastosowanych po drodze urządzeń.

 

P = U x I

 

Rezystancja (R)

 Rezystancja (R) – Jednostka Ω (Ohm) – z fizyki: przeciwstawianie się elementu/przewodnika przeciwko przepływowi prądu…, uwarunkowana będzie w dużej mierze od średnicy i rodzaju zastosowanych przewodników/rurek oraz użytych po drodze urządzeń stawiających opór np. rezystory/reduktory ciśnienia, grzejniki, zawory itp. Czyli wszystko co wpływa na zmiany przepływu. Pod wpływem rezystancji następuje na każdym urządzeniu spadek napięcia/ciśnienia czyli różnica potencjałów/ciśnień pomiędzy dwoma jego punktami – wejścia/wyjścia.

 

R = U / I

 

Impedancja (Z)

Impedancja (Z) odpowiednik rezystancji przy systemach prądu zmiennego, wyrażona w omach.

 

Przykłady zastosowań powyższych wzorów:

 

I.  Dwie żarówki 50 Watt w pokoju, przy napięciu U=240 Volt spowodują przepływ prądu w wysokości:

I = P / U;

I = (2x50) W / 240 V = 100 / 240 = 0.42 A = 420 mA

Mając wartość prądu I oraz napięcia możemy spróbować obliczyć rezystancję żarówki:

R = U / I

R = 240 V / 0.42 A = 571.4 Ohm

 

II.  Mając obwód radialny wychodzący z FCU (Fused Connection Unit) o zabezpieczeniu 13 A, musimy rozłożyć matę podłogowego ogrzewania o mocy 150 W na metr kwadratowy. Obliczymy ile metrów maty możemy rozłożyć żeby nie przekroczyć wartości zabezpieczenia. W tym celu obliczmy jaki jest pobór prądu na  1 metr (sposób pierwszy) lub możemy sprawdzić jaki może być pobór mocy na 13 A (sposób drugi).

 

Sposób pierwszy : I = P / U

I = 150 W / 240 V = 0.625 A

13 A (FCU) / 0.625 A (na m² maty) da nam 20.8 m²

 

Sposób drugi : P = U x I

P = 13 A (FCU) x 240 V = 3120 W – taki możemy mieć pobór mocy

3120 W (możliwość poboru) / 150 W (m² maty) da nam 20.8 m²

 

Jak widać mimo odmiennego sposobu kalkulacji wynik pozostał ten sam.

 

 

 Emergency Lighting - Oświetlenie awaryjne

 

W poniższym artykule spróbujemy się skupić na opisaniu rodzajów systemów awaryjnego oświetlenia emergency lighting, wyjaśnieniu ich zasad działania, a także zasad ich projektowania i instalacji. Na koniec postaramy się także opisać zasady przeglądu, inspekcji i testowania takich systemów, aby określic ich skuteczność podczas dalszego użytkowania.

 

Terminologia: Luminaire – jednostka oświetleniowa; fluorescent – jarzeniówka.

Termin „Emergency Lighting” odnosi się do oświetlenia używanego w sytuacjach awaryjnych gdzie główne zasilanie elektryczne zanikło. Zanik może być rezultatem, np. pożaru lub uszkodzenia lini energetycznej co prowadzi do zaniku podstawowego oświetlenia i w rezultacie ciemności. Ponieważ sytuacja taka może prowadzić do zagrożeń, szczególnie w miejscach publicznych, gdzie znajduje się wiele osób nie znających dróg ewakuacyjnych oraz topografii, szczególnie dużych budynków jak przykładowo szpitale, British Standards ustanowiły pewne zasady formułujące podstawy projektowania takich sieci.

BS 5266: Part 1: 2005 zawiera minimalne standardy emergency lighting dla hoteli, pubów, szpitali, domów opieki, szkół, uczelni wyższych, licencjonowanych obiektów, biur, muzeów, sklepów, wielopoziomowych budynków mieszkalnych etc.

 

Rodzaje systemów emergency lighting:

1.     Non – maintained – lampy załączające się tylko w razie przerwy głównego zasilania (np. NM3 – non-maintained system, 3 godziny awaryjnego oświetlenia);

2.     Maintained – w tych jednostkach używana jest ta sama ciągle świecąca lampa, zarówno do normalnego oświetlenia, jak i awaryjnego (np. M2 – maintained system, długość awaryjna 2 godziny);

3.     Sustained – jednostka z dwoma lampami, z których jedna jest zasilana z sieci 240 v, a druga zasilana jest z baterii w razie awarii głównego oświetlenia (np. S1 – sustained system, z 1 godziną awaryjnego oświetlenia).

 

Luminaire’s mogą być zarówno self contained (samo-zawierające się) z wbudowaną baterią, jednostką ją ładującą, układem przełączającym/załączającym etc., jak i slave to a central battery system, które zasilane są z centralnej baterii w razie awarii i zawierają w sobie tylko żarówkę bądź jarzeniówkę.

 

Poniżej przykład self-contained, non-maintained bulk head

 

Wady i zalety

 Najbardziej popularny w UK wydaje się być self-contained system z uwagi na prostotę i szybkość instalacji, do której też używamy standardowych przewodów twin and earth. Jest to też także stosunkowo efektywny system – przerwa, zarówno spowodowana brakiem zasilania głównego, bądź przerwą lokalnego obwodu oświetlenia, spowoduje automatyczne uruchomienie systemu emergency lighting. Istnieje też łatwość rozbudowy/dokładania kolejnych luminaire’s do tego systemu. Wadą natomiast jest mała odporność na wysokie temperatury, więc szybko ulegają zniszczeniu w razie pożaru, a także czasochłonność okresowego testowania.

 Central battery system natomiast jest łatwy oraz tani w utrzymaniu i testowaniu, bateria posiada długą żywotność i luminaire’s są znacznie tańsze niż self-contained. Wadą natomiast jest słaby system integracyjny – awaria baterii lub przewodu w obwodzie może odłączyć dużą część systemu. Także do zainstalowania tegoż systemu potrzebne jest specjalne, wentylowane pomieszczenie na system baterii, przewody rozprowadzające zasilanie  są specjalnego typu, spadek napięcia na oddalonych luminaire’s może okazać się problemem, także lokalna awaria światła może nie uruchomić emergency lighting w danej strefie.

 

Generalnie da się zauważyć że na obiekty mniejsze, jak sklep czy restauracja, tańsze i wygodniejsze będzie zainstalowanie self-contained system, natomiast w obiektach dużych, jak szpitale bardziej opłacalny i efektywny ze względu na łatwość testowania i utrzymywania będzie się wydawać central batery system.

Ile światła?

BS 5266 zaleca poziome oświetlenie na podłogę w środkowej linii zdefiniowanej drogi ewakuacyjnej nie mniej niż 0.2 lux i 0.5 lux w anti panic strefach. Dodatkowo na drogi do 2 metrów szerokości, 50% szerokości drogi powinno być oświetlone minimum 0.1 lux. Szersze drogi możemy potraktować jako wielokrotności tych 2 metrowych. Dodatkowego rozważenia wymagają także budynki takie jak szpitale, domy opieki itp. w związku z charakterem rezydentów.

 

Rozmieszczenie znaków/luminaire’s

Jednostki oświetleniowe i znaki, muszą być tak rozmieszczone, aby w wyraźny sposób pokazywały drogę ewakuacyjną, prowadzącą do końcowego wyjścia z budynku.

Dodatkowych znaków będą wymagały drzwi,schody, zmiany kierunku, pomieszczenia kontrolne, zmiany poziomów podłogi, skrzyżowanie korytarzy, windy, toalety większe niż 8 m² (aczkolwiek pojawiają się opinie, że wszystkie toalety publiczne, zwłaszcza te dla niepełnosprawnych, powinny zawierać emergency lighting). Dostęp do telefonów/przycisków alarmowych i sprzętu przeciwpożarowego, powinien być wyraźnie oświetlony.

Rozumne i sensowne rozmieszczenie znaków i świateł, powinno zaspokoić wszystkie wymogi bezpieczeństwa.

 

Miejsca wymagające emergency lighting

-       każde drzwi wyjściowe

-       drogi ewakuacyjne

-       skrzyżowania korytarzy

-       zewnętrzna część końcowego wyjścia i zewnętrzna droga ewakuacyjna

-       znaki drogi ewakuacyjnej

-       schody

-       zmiany poziomu podłogi

-       pomieszczenia bez okien i toalety powyżej 8 m²

-       sprzęt przeciwpożarowy

-       sprzęt alarmowy

-       sprzęt który powinien być wyłączony w razie zagrożenia

-       windy i pomieszczenia większe niż 60 m²

 

Nie ma wymogu dla instalowania osobnego światła dla każdego z powyższych, miejsca te muszą być po prostu wystarczająco widoczne/oświetlone.

 

Serwisowanie i testowanie

Do testowania emergency lighting symulujemy awarię zasilania dla obwodu/ów oświetlenia lub poszczególnych luminaire, co zmusi emergency system do zadziałania ze źródeł baterii. Może być to przeprowadzone zarówno ręcznie jak i automatycznie.

 

Testowanie ręczne polega na symulacji awarii zasilania, poprzez odłączenie zasilania obwodów świetlnych, używając specjalnie zamontowanego do tego celu wyłącznika isolator lub  ich kilku do każdego z obwodów. Następnie musimy obejść cały budynek, aby stwierdzić czy wszystkie z luminaire zadziałały. Gdy ponownie włączymy zasilanie musimy obejść cały system z powrotem, aby sprawdzić czy ładowanie zostało przywrócone (zielona lub czerwona dioda jest włączona a żarówka/jarzeniówka wyłączona). Wyłączniki tego typu powinny być zabezpieczone przed dostępem osobób niepożądanych.

Testowanie automatyczne możemy spotkać w systemach, gdzie koszt inżyniera przeprowadzającego regularne testy byłby zbyt wysoki. W systemach takich montowany jest główny panel kontrolny i czujniki, w każdym  luminaire’s, używające przewodu zasilającego żeby wysłać sygnał zwrotny.W zależności od producenta systemu test ten będzie się troszkę różnił między różnymi instalacjami,więc trzeba zajrzeć do zaleceń. Dodatkowym atrybutem jest możliwość ustawienia testu w porach, w których nie będzie użytkowników/pracowników w budynkach. Testy i ich wyniki  są zalogowane w main panel i mogą być w każdym momencie wydrukowane. System zapamiętuje  1000 wejść zabezpieczonych własną baterią. Dodatkowo serial port jest dostępny na zamówienie i może być podłączony przez modem do centralnej stacji.

 

Generalny testing British Standards określa minimalne zapewnienie i testowanie emergency systems w zależności od rodzaju  budynku i mówi o zapewnieniu odpowiednich warunków do testowania systemu w zależności od przeznaczenia budynku. Warunki testowania powinny być wzięte pod uwagę w projekcie systemu i powinny być uzgodnione wraz z użytkownikiem aby określić:

-       dostępność rzetelnych pracowników do przeprowadzenia testu;

-       poziom trudności wykonania testu;

-       discharged tests musi być wykonany poza godzinami pracy. W budynkach na stałe okupowanych test musi być podzielony na fazy,dlatego luminaire’s testowane są naprzemiennie;

 

Rutynowa inspekcja i test ponieważ istnieje ryzyko awarii oświetlenia krótko po przeprowadzeniu testu, gdy baterie emergency lighting system mogą być rozładowane, to gdziekolwiek to możliwe, test powinien być przeprowadzany zaraz przed  porą niskiego ryzyka awarii. Ewentualnie odpowiednie tymczasowe rozwiązanie może być zastosowane do momentu naładowania baterii.

Poniżej przedstawione zostanie rekomendowany minimalny interwał pomiędzy inspekcją i testami danej instalacji.

 

Dziennie

Wizualnie sprawdzone wskaźniki centralnego zasilania (najczęściej są to świecące diody). Sprawdzenie to mówi nam że system jest włączony i gotowy do zadziałania.

 

Miesięczne

Jeśli przeprowadzany jest test automatyczny, czas testu powinien zostać zanotowany. W przypadku innego rodzaju, test powinien być przeprowadzony w kolejności:

 

1.     Odłączyć zasilanie od każdego luminaire, aby przejść na zasilanie awaryjne z baterii, symulując w ten sposób awarię na czas pozwalający sprawdzić czy każdy luminaire zadziałał i świeci w wystarczający sposób. Następnie przywracamy zasilanie i sprawdzamy czy na każdym luminaire’s ładowanie jest z powrotem obecne

2.     W systemie centralnej baterii  sprawdzamy właściwą operację monitoringu systemu

3.     Dla generatorów odnosimy się do regulacji ISO 8528- 12

 

Roczne

W systemach testu automatycznego, pełny czas przeprowadzanego testu powinien być zapisany. Dla wszystkich innych systemów, wykonujemy następujące testy:

 

1.     wszystkie luminaire’s  i wewnętrznie oświetlone znaki, powinny być przetestowane w ten sam sposób jak w przypadku miesięcznego testu, lecz przez pełny jego określony przez producenta okres.

2.     Zasilanie powinno być przywrócone i sprawdzone na każdym luminaire, aby stwierdzić czy jest prawidłowe ładowanie (należy pamiętać że baterie są w tym momencie rozładowane)

3.     Data i rezultat testu powinny być zanotowane w logbooku systemu

4.     Dla generatorów odnosimy się do regulacji ISO 8528- 12.

 

 

Powyższe zdjęcie przedstawia nam prawidłowe zasilanie systemu, natomiast zdjęcie poniżej prawidłowe zadziałanie w wyniku symulowanej awarii zasilania (klosz zdjęty na potrzeby testowania i przeglądu)

 

 

 

Certyfikowanie

BS 5266 i Europejskie Standardy wymagają pisemnej deklaracji dostępnej na miejscu inspekcji. Powinna ona zawierać:

 

1.     Jakość instalacji (IEE regulacje muszą być spełnione z i non-maintained zasilaniem z głównego obwodu zasilania normalnego oświetlenia)

2.     Natężenie światła (udokumentowana zgodność poziomu oświetlenia dostarczona przez projektanta systemu)

3.     Deklaracja satysfakcjonującego testu operacji systemu.

 

Po zakończeniu instalacji systemu, certyfikat wykonania powinien  zostać dostarczony właścicielowi budynku lub zleceniodawcy. The Building Control Department powinien ubiegać sie o kopię takiego certyfikatu, który będzie zatrzymany przez Building Regulations Authority.

 

Utrzymanie

 Na koniec,aby mieć pewność że system działa poprawnie, konieczne jest przeprowadzanie regularnego serwisu. Normalnie będzie on przeprowadzany jako część inspekcji i testowania. W przypadku zużywalnych części jak żarówki, jarzeniówki, luminaire, zapasowe części powinny być dostępne do natychmiastowego użycia.

Source/Źródło: The Fire Safety Advice Centre, Note for Guidance