Artykuły: inż. Marcin Sąsiadek

Streszczenie 

System elektroenergetyczny stanowi jeden z kluczowych elementów infrastruktury technicznej kraju. Istotnym jego fragmentem są układy sieciowe niskiego napięcia (NN), które odpowiadają za dystrybucję energii elektrycznej do odbiorców końcowych. W artykule omówiono charakterystykę oraz podstawowe rodzaje układów sieciowych NN funkcjonujących w krajowym systemie elektroenergetycznym.

Wstęp

Układy sieciowe niskiego napięcia odgrywają kluczową rolę w dostawie energii elektrycznej do odbiorców indywidualnych, komercyjnych oraz przemysłowych. Ich projektowanie i eksploatacja opiera się na normach technicznych oraz regulacjach prawnych. W Polsce podstawą prawną dla funkcjonowania tych układów są m.in. normy PN-EN 50160 oraz PN-HD 60364.

Charakterystyka układów sieciowych NN 

Układy sieciowe niskiego napięcia obejmują instalacje o napięciu znamionowym do 1 kV. Głównymi ich cechami są:

• Napięcie znamionowe: 230/400 V,
• Przewodzenie prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz,
• Struktura obejmująca linie napowietrzne i kablowe,
• Zapewnienie ochrony przeciwporażeniowej oraz ograniczanie skutków zakłóceń sieciowych.

Podział układów sieciowych NN 

Układy sieciowe niskiego napięcia klasyfikuje się według sposobu uziemienia punktu neutralnego transformatora oraz metody ochrony przed porażeniem elektrycznym. Wyróżnia się trzy podstawowe układy:

Układ TN

Układ TN (Terre Neutre) charakteryzuje się bezpośrednim uziemieniem punktu neutralnego transformatora oraz zastosowaniem przewodu ochronnego PE. Wyróżnia się trzy podtypy:

• TN-C – wspólny przewód ochronno-neutralny PEN,
• TN-S – oddzielne przewody neutralny (N) i ochronny (PE),
• TN-C-S – połączenie układu TN-C i TN-S w jednej instalacji.

Układy TN są szeroko stosowane w budownictwie mieszkaniowym i przemysłowym.

Układ TT

Układ TT (Terre-Terre) różni się od TN tym, że punkt neutralny transformatora jest uziemiony, ale przewody ochronne PE odbiorców są uziemiane niezależnie od uziemienia transformatora. Jest to układ często stosowany w instalacjach o ograniczonym dostępie do sieci TN.

Układ IT

Układ IT (Isolé Terre) polega na izolacji punktu neutralnego transformatora od ziemi lub uziemieniu przez wysokonapięciowy rezystor. Jest stosowany w instalacjach przemysłowych oraz medycznych, gdzie wymagana jest wysoka niezawodność zasilania.

Porównanie i zastosowanie układów

Każdy z przedstawionych układów ma swoje zalety i ograniczenia. Układy TN dominują w sieciach miejskich, TT w obszarach wiejskich, a IT w specjalistycznych zastosowaniach przemysłowych i szpitalnych. Wybór konkretnego układu zależy od wymagań bezpieczeństwa oraz charakterystyki odbiorców.

Podsumowanie

Układy sieciowe niskiego napięcia odgrywają kluczową rolę w krajowym systemie elektroenergetycznym. Ich odpowiednie zaprojektowanie i eksploatacja są istotne dla zapewnienia niezawodności dostaw energii oraz bezpieczeństwa użytkowników. Wybór układu zależy od specyfiki instalacji oraz obowiązujących norm technicznych.

Bibliografia

1. PN-EN 50160: Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych.
2. PN-HD 60364: Instalacje elektryczne niskiego napięcia.
3. M. Mierzejewski, „Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia”, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, 2020.
4. J. Kowalski, „Bezpieczeństwo w systemach elektroenergetycznych”, WNT, 2019.

Definicja

Proces inżynierii odwrotnej (znanej także jako inżynieria wsteczna lub programowanie zwrotne) polega na szczegółowej analizie gotowego produktu – sprzętu lub oprogramowania – w celu określenia, jak działa i jak został wykonany. Jest wykorzystywana głównie do tworzenia zamienników, optymalizacji kompatybilności czy porównywania technologii. Nie należy mylić jej z restrukturyzacją procesów biznesowych ani z reengineeringiem oprogramowania, w którym pełni jedynie rolę etapu początkowego.

Inżynieria odwrotna w praktyce

Dla producentów inżynieria odwrotna odgrywa kluczową rolę w procesie produkcji i znajduje szerokie zastosowanie:

• Jest wykorzystywana w sytuacjach, gdy brakuje oryginalnej dokumentacji technicznej lub nie istnieją modele 2D, 3D czy CAD. Szczególnie istotna staje się wtedy, gdy projekt części opiera się wyłącznie na wiedzy i pamięci ludzkiej.
• Firmy stosują ją do odtwarzania części zamiennych, zwłaszcza gdy oryginalny producent (OEM) przestał je wytwarzać lub już nie istnieje.
• Służy także do optymalizacji konstrukcji oraz wzbogacania produktów o nowe funkcjonalności.
• Jest przydatna w ulepszaniu elementów, które uległy awarii, jak również w rekonstrukcji ręcznie wykonanych części i zespołów.
• Niekiedy jej celem jest jedynie stworzenie cyfrowego archiwum lub wirtualnego modelu, który może zostać wykorzystany w przyszłości.

Jakie są korzyści?

Korzyści płynące z zastosowania inżynierii odwrotnej obejmują:

• Redukcję ryzyka związanego ze starzejącymi się produktami oraz ich potencjalnymi wadami. Dzięki tej metodzie można opracować części zamienne, a także wykrywać i usuwać usterki w istniejących produktach.
• Przyspieszenie innowacji, ponieważ inżynierowie mogą analizować obecne rozwiązania, optymalizować ich wydajność, modernizować funkcjonalność oraz poszukiwać bardziej ekonomicznych metod produkcji.
• Szybszą i tańszą produkcję części, eliminując konieczność zamawiania ich od producenta OEM, co często wiąże się z długimi terminami realizacji i wysokimi kosztami.
• Wsparcie strategii prewencyjnej konserwacji, umożliwiając wcześniejszą analizę krytycznych komponentów, ich magazynowanie i tym samym minimalizowanie ryzyka nieplanowanych przestojów w produkcji.

W jakich branżach występuje?

Różne branże wdrażają inżynierię odwrotną w celu poprawy wydajności produkcji, zwiększenia konkurencyjności i optymalizacji kosztów. Do głównych sektorów jej zastosowania należą:

• Lotnictwo – analiza aerodynamiki, rozwój programów serwisowych dla samolotów, udoskonalanie komponentów oraz produkcja narzędzi lotniczych.
• Przemysł motoryzacyjny – digitalizacja części starszych pojazdów, analiza konkurencyjnych rozwiązań, diagnostyka problemów i tworzenie zamienników.
• Branża narzędziowa – optymalizacja uchwytów, matryc, form oraz elementów skrawających i maszynowych.
• Sektor dóbr konsumpcyjnych – szybkie testowanie i prototypowanie, analiza produktów konkurencyjnych oraz archiwizacja projektów.
• Ochrona dziedzictwa kulturowego – rekonstrukcja i konserwacja dzieł sztuki, artefaktów historycznych i zabytkowych budynków.

Podsumowanie

inżynieria odwrotna to proces analizy gotowego produktu, zarówno sprzętu, jak i oprogramowania, mający na celu zrozumienie jego działania oraz sposobu wykonania. Stosuje się ją głównie do tworzenia zamienników, poprawy kompatybilności oraz porównywania technologii. Nie należy jej mylić z reengineeringiem oprogramowania ani restrukturyzacją procesów biznesowych.

W praktyce inżynieria odwrotna jest szeroko wykorzystywana przez producentów, zwłaszcza gdy brakuje dokumentacji technicznej lub gdy konieczne jest odtworzenie części, których oryginalny producent już nie wytwarza. Pozwala także na optymalizację konstrukcji, dodawanie nowych funkcjonalności, rekonstrukcję uszkodzonych elementów oraz tworzenie cyfrowych modeli archiwalnych. Dzięki tym zastosowaniom stanowi nieocenione narzędzie w wielu branżach przemysłowych.

źródła:

• sii.pl
• wikipedia.pl
• grid.com.pl

Wprowadzenie

Metoda zerowa pomiaru napięcia jest jednym z najbardziej precyzyjnych sposobów mierzenia różnicy potencjałów elektrycznych. Znajduje zastosowanie w laboratoriach oraz w dziedzinach wymagających wysokiej dokładności pomiarów, takich jak metrologia i elektronika.

Zasada Działania

Podstawowa idea metody zerowej polega na eliminacji prądu w obwodzie pomiarowym poprzez równoważenie mierzonego napięcia za pomocą napięcia odniesienia. W momencie, gdy różnica między tymi napięciami wynosi zero, prąd w układzie pomiarowym przestaje płynąć, co pozwala na bardzo precyzyjne określenie mierzonej wartości.

Układ Pomiarowy

Do realizacji pomiaru metodą zerową wykorzystuje się potencjometr napięciowy, który pozwala na precyzyjne dostrojenie napięcia odniesienia. Układ składa się zazwyczaj z następujących elementów:

• źródła napięcia odniesienia – generuje stabilne napięcie odniesienia,
• Potencjometru napięciowego – pozwala na regulację napięcia odniesienia w celu uzyskania zerowej różnicy napięcia,
• Galwanometru – wykrywającego obecność lub brak prądu w obwodzie pomiarowym,
• Obiektu pomiarowego – źródła napięcia, które jest mierzone.

Zalety i Wady Metody

Zalety:

• Bardzo wysoka precyzja pomiaru (eliminuje błędy spowodowane rezystancją obwodu pomiarowego),
• Brak obciążenia źródła napięcia przez przyrząd pomiarowy,
• Możliwość stosowania w szerokim zakresie napięć.

Wady:

• Konieczność stosowania skomplikowanego układu pomiarowego,
• Dłuższy czas wykonywania pomiaru w porównaniu do metod bezpośrednich,
• Wymaga operatora o wysokich umiejętnościach.

Zastosowania

Metoda zerowa jest stosowana w laboratoriach badawczych, instytutach metrologicznych oraz w precyzyjnych systemach kalibracyjnych. Używa się jej do pomiaru napięć w standardach odniesienia, a także w układach elektronicznych, gdzie wymagana jest duża dokładność.

Podsumowanie

Metoda zerowa pomiaru napięcia jest niezwykle skutecznym sposobem uzyskiwania bardzo precyzyjnych wyników. Pomimo swojej złożoności, pozostaje kluczowym narzędziem w obszarach wymagających wysokiej precyzji pomiarów napięciowych.

Wstęp

Wyładowania atmosferyczne stanowią istotne zagrożenie dla ludzi, obiektów budowlanych oraz infrastruktury technicznej. Aby ograniczyć skutki uderzeń piorunów, stosuje się systemy ochrony odgromowej, których zadaniem jest kontrolowane przechwycenie i odprowadzenie energii elektrycznej do ziemi. Niniejszy artykuł omawia podstawowe zasady ochrony odgromowej, typy instalacji oraz obowiązujące normy i regulacje.

Mechanizm powstawania wyładowań atmosferycznych

Pioruny powstają w wyniku różnicy potencjałów elektrycznych pomiędzy chmurami burzowymi a ziemią lub między chmurami. Gdy napięcie osiągnie poziom krytyczny, następuje przeskok ładunku w postaci wyładowania elektrycznego, któremu towarzyszy fala akustyczna (grzmot).

Podstawowe zasady ochrony odgromowej

Ochrona odgromowa obejmuje zastosowanie odpowiednich środków technicznych mających na celu przechwycenie i bezpieczne rozproszenie energii wyładowania. Składa się na nią:

Instalacja odgromowa (LPS – Lightning Protection System)

• Systemy te dzielą się na zewnętrzne i wewnętrzne elementy ochronne.
• Ich funkcją jest przechwycenie pioruna i odprowadzenie jego energii do uziomu w sposób kontrolowany.

^{_{Źródło: http://www.electrical-knowhow.com/2014/01/types-of-lightning-protection-systems.html}}

Ochrona wewnętrzna

• Obejmuje stosowanie ograniczników przepięć (SPD – Surge Protection Devices), które zabezpieczają instalacje elektryczne i elektroniczne przed przepięciami indukowanymi przez wyładowania atmosferyczne.
• Ważnym elementem jest również skuteczne uziemienie oraz system wyrównania potencjałów.

^{_{źródło: https://lsp.global/type-23-surge-protection-device/}}

Koncepcja strefowa ochrony odgromowej

• Podział obiektu na różne strefy, począwszy od najbardziej narażonej na uderzenia piorunów po wnętrze budynku, gdzie stosuje się ochronę przepięciową.

^{_{źródło: https://www.dehn.pl/pl/strefowa-koncepcja-ochrony-odgromowej-i-przepieciowej}}

Rodzaje instalacji odgromowych

1. System aktywny
   • Wykorzystuje nowoczesne technologie umożliwiające wcześniejsze przechwycenie wyładowania atmosferycznego.
2. System pasywny
   • Tradycyjny system odgromowy, składający się z masztów, przewodów odprowadzających oraz uziomów.
3. Systemy specjalistyczne
   • Stosowane w obiektach o wysokim stopniu narażenia, takich jak elektrownie, instalacje przemysłowe, obiekty wojskowe czy wieże telekomunikacyjne.

Normy i przepisy dotyczące ochrony odgromowej

Systemy ochrony odgromowej muszą być projektowane i instalowane zgodnie z obowiązującymi normami. W Polsce oraz Unii Europejskiej podstawowym dokumentem w tej dziedzinie jest norma PN-EN 62305-1:2011, która określa:

• Klasyfikację obiektów pod względem ryzyka uderzenia pioruna.
• Wymagania projektowe dotyczące instalacji odgromowych.
• Standardy w zakresie ochrony przepięciowej.

Podsumowanie

System ochrony odgromowej stanowi kluczowy element bezpieczeństwa budynków, infrastruktury oraz systemów elektronicznych. Jego właściwe zaprojektowanie i wykonanie zgodnie z obowiązującymi normami znacząco redukuje ryzyko pożaru, uszkodzeń oraz strat materialnych. Inwestycja w skuteczną ochronę odgromową to nie tylko wymóg formalny, ale także istotny środek prewencyjny zapewniający ochronę życia i mienia.

Ten artykuł pozwoli Ci zapoznać się z zakresem wiedzy, jaką zdobędziesz na kierunku Elektrotechnika podczas studiów stacjonarnych. Opiszę krok po kroku, jak wyglądały moje studia przez wszystkie 7 semestrów. Przedstawię najważniejsze zagadnienia, które warto znać już po technikum elektrycznym, a także podzielę się informacjami o perspektywach zawodowych po ukończeniu tego kierunku.

Podstawowa wiedza

Podstawy są najważniejsze!
Decydując się na studia elektryczne, musisz znać takie pojęcia jak prawo Ohma czy prawa Kirchhoffa. To absolutna baza, do której będziesz wracał przez całe studia.

A co jeśli jesteś po technikum informatycznym? Spokojnie, znajdziesz tu coś dla siebie! Informatyka towarzyszy nam przez całe studia. Wbrew temu, co mogli opowiadać Wam nauczyciele, studia z elektrotechniki mocno się zmieniły — program ewoluuje znacznie szybciej niż w technikach. Podstawy programowania w językach C, C++, C#, Python czy Matlab bardzo przydadzą się podczas zajęć informatycznych, których jest całkiem sporo.

A jeśli jesteś po liceum?
Bez obaw! Osoby z klas matematyczno-fizycznych będą miały ułatwiony start, szczególnie podczas pierwszych dwóch semestrów. Tematy takie jak macierze czy całki były już omawiane w liceum, co bardzo ułatwia naukę na pierwszym roku. Pod tym względem początek studiów jest bardzo przyjazny dla „mat-fizów”.

Przebieg studiów

Studia na kierunku Elektrotechnika zaczynają się od podstawowych obliczeń i teorii, co daje przewagę absolwentom „mat-fizów”. Od drugiego roku wchodzą przedmioty bardziej praktyczne, które będą bliższe osobom po technikach. Pojawiają się zajęcia laboratoryjne związane z silnikami elektrycznymi czy pomiarami układów.

Dla informatyków też coś się znajdzie — już na początku pojawia się przedmiot „Informatyka 1”. Dla osób, które miały styczność z C++, to formalność, bo nauka zaczyna się od podstaw. Nie każdy przecież miał wcześniej okazję programować. W kolejnych semestrach stopniowo wchodzimy w inne języki, jak C# czy Matlab.

Język C wraca do nas pod koniec studiów, przy okazji programowania mikrokontrolerów. W moim przypadku pracowaliśmy na platformie MSP430FR6989 — bardzo przyjemny mikrokontroler. Pisaliśmy na nim podstawowe programy, a zaliczenie wymagało napisania już całkiem złożonego kodu. Warto pamiętać, że język C nie wybacza błędów, więc trzeba się pilnować.

Czego się nauczysz?

Kodowanie

Już wcześniej wspomniałem o językach: C, C++, C#, Matlab, Python. Nie będzie tu jednak pełnego kursu programowania — to nie kierunek Informatyka. Każdy z tych języków poznasz jedynie w podstawowym zakresie, aby móc się w nich odnaleźć podczas zajęć.

Jedynym językiem, który przewija się przez całe studia i warto go dobrze opanować, jest Matlab. To potężne narzędzie, które świetnie radzi sobie z wykresami, importem tabel pomiarowych z Excela i szybkim obliczaniem wyników. Na zajęciach często prowadzący pytają, czy grupa woli pracować w Matlabie czy Pythonie — u mnie zawsze wybieraliśmy Matlaba i nikt nie żałował.

Praca z silnikami i transformatorami

Silniki elektryczne — temat rzeka. Jest ich mnóstwo i można je łączyć na różne sposoby, co potrafi przyprawić o ból głowy. Na szczęście większość rzeczy wykonuje się praktycznie, a instrukcje są naprawdę pomocne.

Nauczysz się łączyć silniki i transformatory w praktyce, ale nie tylko. Czeka Cię też zaprojektowanie własnego transformatora oraz wirnika silnika elektrycznego w 2D, w programie symulacyjnym FEMM. Następnie porównasz wyniki symulacji z obliczeniami wykonanymi np. w Matlabie. Na ten projekt masz cały semestr, więc nie zostawiaj go na ostatnią chwilę!

Elektronika

To jeden z moich ulubionych działów, dlatego nawet pisałem z niego pracę inżynierską pt. „Stanowisko pomiarowe do mierzenia czasu załączania transformatorów polowych”.

Wejdziesz w świat mikroelektroniki i poznasz m.in. działanie falowników i prostowników. W ramach studiów z elektrotechniki omawiane są:

• Półprzewodniki, diody, tranzystory
• Układy scalone
• Elektronika analogowa i cyfrowa (w tym bramki logiczne i mikroprocesory)

Energia odnawialna

Temat, którego nie można pominąć w dzisiejszych czasach. Podczas laboratoriów i wykładów poznasz podstawy energii odnawialnej — dowiesz się, jak działają turbiny wiatrowe czy farmy fotowoltaiczne. Interesują Cię pompy ciepła i ich rzeczywista sprawność? Tego też się dowiesz.

Automatyka i Sterowanie

To jedna z najbardziej praktycznych dziedzin, które poznasz na studiach. Będziesz pracował m.in. z:

• Sterownikami PLC (Programowalne Sterowniki Logiczne)
• Czujnikami i elementami wykonawczymi
• Automatyką przemysłową (np. linie produkcyjne)

Nauczysz się programowania sterowników PLC do obsługi prostych linii produkcyjnych, poznasz zasady komunikacji między sterownikami i zmierzysz się z problemami wynikającymi z braku doświadczenia. Dla mnie była to jedna z najciekawszych i najprzyjemniejszych dziedzin.

Zakończenie

W artykule starałem się zawrzeć najważniejsze informacje o studiach na kierunku Elektrotechnika. Oczywiście nie sposób opisać całych 3,5 roku w jednym tekście, dlatego skupiłem się na kluczowych obszarach, które moim zdaniem warto poznać już na starcie.

Mam nadzieję, że dzięki temu artykułowi będziesz wiedział, czego się spodziewać i nie zaskoczy Cię rzeczywisty przebieg studiów. Wiele osób wyobraża sobie ten kierunek zupełnie inaczej — nie każdy spodziewa się tyle programowania, praktyki i własnych projektów. Elektrotechnika to połączenie teorii, praktyki i kreatywnego rozwiązywania problemów. Powodzenia!