Ochrona przeciwporażeniowa
1. Ochrona przeciwporażeniowa
1.1 Wybrane zagadnienia ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych do 1 kV
Bezpieczeństwo elektryczne w użytkowanych instalacjach elektrycznych sprowadza się w zasadzie do zapewnienia ochrony przed następującymi zagrożeniami:
- porażeniem prądem elektrycznym,
- prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi,
- przepięciami łączeniowymi i pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych
Skuteczność ochrony przeciwporażeniowej przed wyżej wymienionymi zagrożeniami zależy od zastosowanych, w instalacjach elektrycznych, rozwiązań i środków technicznych. Miarą skuteczności ochrony przeciwporażeniowej jest liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym oraz liczba pożarów, będących następstwem wad lub nieprawidłowej eksploatacji instalacji elektrycznych.
Z przeprowadzonych analiz wynika, że liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym w ciągu roku, przypadająca na jeden milion mieszkańców w Polsce zmniejszyła się z 9,5 w latach 1980 ¸ 1985 do 6,0 w latach 1991 ¸ 2004 z tendencją dalszego zmniejszania się w następnych latach. Jednak nadal liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym jest w Polsce 3 - 4-krotnie większa niż w krajach Zachodniej Europy. Liczba śmiertelnych wypadków poza statystycznym miejscem pracy, spowodowanych porażeniem prądem elektrycznym, w stosunku do ogółu śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym wynosi w Polsce około 86 %.
Wynika z tego, że niebezpieczeństwo śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym występuje przede wszystkim w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych. Nadal najwięcej wypadków odnotowuje się na wsi, prawie dwukrotnie większy wskaźnik śmiertelnych wypadków w stosunku do wypadków w mieście.
Równie częste są przypadki powstania pożarów spowodowanych niesprawną instalacją elektryczną. Ich procentowy udział w ogólnej liczbie pożarów w budynkach, według danych za 2003 rok jest na poziomie 12 %.
Zasadniczy wpływ na dużą liczbę śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym oraz pożarów w Polsce ma na ogół zły stan techniczny instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych, w tym w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych, a także stosowanie niedoskonałych i niewystarczających środków ochrony przed zagrożeniami w tych instalacjach.
Zagrożeniem dla odbiorcy energii elektrycznej są przede wszystkim instalacje wykonane przewodami z aluminium, materiału o słabych właściwościach fizykochemicznych: niskiej temperaturze topnienia, dużej łamliwości i skłonnościach do pokrywania się tlenkiem powodującym, że połączenia wykonane przewodami aluminiowymi mają z upływem czasu coraz większy opór, przegrzewają się zwiększając straty. Te właściwości aluminiowych przewodów są najczęstszą przyczyną awarii instalacji: łamania, kruszenia i upalania się końcówek przewodów, a co się z tym wiąże - uciążliwych przerw w zasilaniu odbiorników. I chociaż od ponad 15 -tu lat instalacje wykonuje się wyłącznie z miedzi, która ma wysoką temperaturę topnienia i minimalną oporność, jest metalem o dobrych własnościach mechanicznych i dużej trwałości, to problem aluminiowych instalacji w Polsce nadal jest poważny. Pomimo potencjalnych zagrożeń dla zdrowia i życia człowieka, nadal użytkuje się ten rodzaj niebezpiecznych instalacji elektrycznych.
W Polsce, w miastach i na wsi, istnieje ponad 11 milionów mieszkań oraz ponad 2 miliony gospodarstw rolniczych
i ogrodniczych. Instalacje elektryczne w tych obiektach, z wyjątkiem budowanych w ostatnich latach, nie odpowiadają wymaganiom „Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” oraz wymaganiom Polskiej Normy PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych”.
Są to instalacje elektryczne nie w pełni sprawne, będące źródłem wyżej wymienionych zagrożeń.
Istnieje w związku z tym konieczność modernizacji instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych, w tym szczególnie w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych.
W instalacjach modernizowanych lub nowo budowanych należy zapewnić konieczność realizacji nowych, preferowanych rozwiązań, które są objęte wymaganiami Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [ Dz.U.02.75.690 ogłoszony dnia 15 czerwca 2002 r.] oraz Polskich Norm przywołanych w Rozporządzeniu, w tym przede wszystkim wymaganiami normy PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych”.
Dalszą poprawę stanu bezpieczeństwa elektrycznego należy upatrywać przede wszystkim:
- w poprawie jakości produkowanych i użytkowanych urządzeń elektrycznych,
- w sferze norm i przepisów elektrycznych dla nowo budowanych, przebudowywanych i modernizowanych instalacji
- w coraz powszechniejszym stosowaniu w odbiorczych instalacjach elektrycznych, wysokoczułych wyłączników
- w ogólnej poprawie kultury technicznej i coraz większej znajomości zagrożeń związanych z niewłaściwym wykonaniem
i użytkowaniem urządzeń i instalacji elektrycznych,
- w odpowiedzialności właścicieli i zarządców obiektów budowlanych za właściwe ich utrzymanie i użytkowanie zgodnie z
zasadami, o których mowa w art. 5 ust.2 oraz art. 62 ust. 1-6 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane.
Przepisy ochrony przeciwporażeniowej, zawarte w normie PN-IEC 60364, są przede wszystkim odzwierciedleniem rozpoznania skutków przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie, dostępnych środków ochrony oraz warunków ekonomicznych.
W ostatnich 30 latach nastąpił znaczny postęp w rozpoznaniu skutków rażenia człowieka prądem. Prowadzone w tym zakresie badania na ludziach i zwierzętach były przedmiotem szczegółowych analiz oraz raportów Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). W kolejnych wydaniach raportu 479 Komisji IEC opublikowane zostały uzgodnione poglądy, dotyczące reakcji organizmu człowieka na przepływ prądu przemiennego i stałego.
1.2. Czynniki wpływające na stopień porażenia
Oddziaływanie prądu na organizm ludzki
Działanie pośrednie, powstające bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy, jak:
· oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym,
· groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym,
· uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego,
· uszkodzenia mechaniczne ciała w wyniku upadku z wysokości.
Działanie bezpośrednie - porażenie elektryczne wskutek przepływu prąciu elektrycznego przez ciało ludzkie ( prądu rażeniowego) może wywołać wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie (a nawet śmierć człowieka) poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych.
Porażenie elektryczne może objawiać się:
• odczuwaniem przepływu prądu, uczuciem bólu, lekkimi kurczami mięśni
• silnymi kurczami mięśni dłoni uniemożliwiającymi samouwolnienie się rażonego
• zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi
• zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi
• migotaniem komór sercowych - bardzo groźnym dla życia człowieka
• oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała.
Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się przerażeniem, bladością, drżeniem ciała lub kończyn, nadmiernym wydzielaniem potu, stanem apatii lub euforii. Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu. Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie - od kilku minut do kilku miesięcy.
Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:
Badania wykazały, że ludzie są mniej wrażliwi na działanie prądu stałego (w zależności od kierunku jego przepływu) niż prądu przemiennego o takiej samej wartości, (w zależności od częstotliwości).
Czas przepływu prądu rażeniowego przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki rażenia prądem elektrycznym,
a w szczególności na migotanie komór sercowych. Jeżeli czas przepływu nie przekracza 0,1 - 0,5 s, to następstwa rażenia są znacznie złagodzone, chociaż w pewnych warunkach środowiskowych mogą być bardzo groźne.
Drogi przepływu prądu przez ciało człowieka
Droga przepływu prądu rażenia przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki porażenia prądem elektrycznym, przy czym największe znaczenie ma to jaka część prądu przepływa przez serce i przez układ oddechowy.
Przy przepływie prądu na drodze:
• ręka-ręka - to przez serce przepływa 3,3% ogólnego prądu rażenia
• lewa ręka-nogi - to przez serce przepływa 3,7% ogólnego prądu rażenia
• prawa ręka-nogi - to przez serce przepływ 6,7% ogólnego prądu rażenia
• noga-noga - to przez serce przepływa 0,4% ogólnego prądu rażenia
Prawie dwukrotnie większy prąd przepływający przez serce na drodze prawa ręka - noga tłumaczy się tym, że oś podłużna serca leży właśnie na tej drodze.
Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie stałym wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe. Wartość progowa pradu samouwolnienia przy prądzie przemiennym, przy której jest tu jeszcze praktycznie możliwe, wynosi 10 mA. (dla kobiet. 6 rnA);
Kondycji psychofizycznej człowieka
Kondycja psychofizyczna człowieka ma duży wpływ na bezpieczeństwo porażenia, np. stan podniecenia porażonego powoduje wydzielanie się potu, a tym samym zmniejszenie rezystancji ciała i w konsekwencji wzrost natężenia prądu rażenia. Takie stany psychiczne jak: roztargnienie, zdenerwowanie, zamroczenie alkoholem, zmniejszają zdolność reagowania porażonego prądem elektrycznym. Stan fizyczny ma również wpływ na odporność organizmu, np. na stan osłabienia lub wyczerpania chorobowego.
Urazy spowodowane łukiem elektrycznym
Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe jest to wyładowanie elektryczne w gazie (np, w powietrzu) o bardzo dużej wartości gęstości prądu (od 10 A/m2 do 100 kA/ m2). Łuk elektryczny powoduje jonizację gazu i termoemisję elektronów. Wskutek tego występuje strumień plazmy o bardzo dużej temperaturze (10000 - 20000 K). Powstaje ciśnieniowa fala uderzeniowa, wywołana gwałtownym nagrzaniem się powietrza wzdłuż łuku, której siła uderzeniowa może osiągać wartość kilkudziesięciu kiloniutonów. Podczas łuku elektrycznego wytwarzane jest promieniowanie podczerwone (o długości fali 780 - 4000 nm) i nadfioletowe (200 - 380 nm). Łuk elektryczny może wystąpić podczas zwarć w urządzeniach elektrycznych bądź wskutek braku ostrożności lub błędów człowieka, np. podczas przerywania obwodów elektrycznych w szczególności:
Łuk elektryczny powoduje urazy wskutek:
działania fali uderzeniowej
oddziaływania termicznego i termiczno-mechanicznego
promieniowania nadfioletowego i podczerwonego
wystąpienia tzw. rażenia skojarzonego.
Łuk elektryczny może powodować następujące urazy;
- uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub wskutek upadku
- oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku:
I stopnia - przy gęstości energii 10 J/cm2, II stopnia - 20 J/cm2, III stopnia - 40 J/cm2
- uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego
- metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane roztopionymi, gorącym cząstkami
metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem gazów
- uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego
- ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego
- rozległe oparzenia, a nawet spalenia kończyn i innych części ciała ludzkiego, często kończące się śmiercią na skutek
rażenia skojarzonego (prąd łuku elektrycznego przepływa przez ciało ludzkie).
Rażenia skojarzone zdarzają się w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, gdy człowiek zbliży się do urządzenia elektroenergetycznego na odległość, przy której możliwe jest przebicie warstwy izolacyjnej powietrza. Wtedy następuje wyładowanie iskrowe, które inicjuje wystąpienie łuku elektrycznego pomiędzy tym urządzeniem i najbliższą od urządzenia częścią ciała ludzkiego.
Strefy prądowo-czasowe reakcji patologicznych organizmu ludzkiego przy
rażeniu prądem elektrycznym
Fibrylacja komór sercowych
Przepływ prądu elektrycznego bezpośrednio przez mięsień sercowy człowieka może spowodować zatrzymanie obiegu krwi wskutek wystąpienia fibrylacji (migotania) komór sercowych. Podczas fibrylacji komór sercowych ulega zmianie przebieg elektrokardiogramu i następuje spadek ciśnienia krwi. W zasadzie fibrylacja może nastąpić jedynie przy zaistnieniu bodźca elektrycznego w fazie względnej refrakcji pracy serca, odpowiadającej załomkowi T przebiegu EKG. Czas trwania tej fazy wynosi według różnych autorów 5-90 ms, a nawet do 150 ms. Jeżeli przepływ prądu przez serce rozpoczyna się w przedziale czasu między końcem fazy T a początkiem załomka Q, to może on wywołać tylko tzw. skurcz dodatkowy.
Podczas fibrylacji komór sercowych zamiast miarowych okresowych skurczów komór serca (60 — 70 na min) pojawiają się niemiarowe nieokresowe skurcze o częstotliwości 6 -10 Hz (400 - 600 na min). Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i przepływ krwi może zostać zatrzymany, co może spowodować w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s - utratę przytomności. Jeżeli proces ten trwa dłużej, to po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i początek śmierci klinicznej. Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed upływem 3-5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa, Fibrylacja komór sercowych może ustąpić pod wpływem bardzo silnego bodźca elektrycznego. Urządzenia służące do tego celu zwane są defibrylatorami.
Prowadzone od wielu lat liczne badania na ludziach i zwierzętach oraz dokonywane analizy wypadków elektrycznych pozwoliły na dość dokładne scharakteryzowanie wartości prądów wywołujących fibrylację komór sercowych.
Badania te wykazały, ze wartości prądu fibrylacyjnego zależą głównie od następujących czynników i okoliczności:
· drogi przepływu prądu przez ciało
· czasu trwania przepływu
· rodzaju prądu: przy prądzie stałym - od kierunku jego przepływu, a przy przemiennym - od częstotliwości.
W poszczególnych strefach czasowo-prądowych reakcje organizmu są następujące:
Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu przemiennego
Rys. 1. Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz
na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy
Na rys. 2 przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem przemiennym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są następujące:
strefa AC-1: nie występują żadne reakcje patologiczne. Wartość progowa prądu odczuwania, przy której z małym prawdopodobieństwem występuje odczuwanie przepływu prądu przez większość mężczyzn, wyrosi
0,5 mA (prosta a, dla kobiet wartość ta wynosi 0,3 rnA);
strefa AC-2: w miarę wzrostu wartości prądu występuje: mrowienie w palcach drętwienie, skurcze włókien mięśniowych
i uczucie bólu (l > 3 rnA). Im wyższa wartość prądu rażeniowego i dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna mięśni dłoni ulegają skurczowi. Przy tężcowym skurczu mięsni dłoni porażony nie jest już zdolny sam rozewrzeć palców. Wartość progowa prądu samouwolnienia, przy której jest tu jeszcze praktycznie możliwe, wynosi
10 mA. (dla kobiet. 6 rnA);
strefa AC-3: występuje nasilenie bólu, , wzrost ciśnienia krwi oraz skurcze tężcowe mięsni poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc - powyżej 20 mA, dla kobiet - 15 mA), co może wywołać niedotlenienie organizmu, trudności z oddychaniem, zwiększenie ilości dwutlenku węgla we krwi i zakwaszenie tkanek, skutkiem czego może być sinica skóry i błon śluzowych. Zwykle są to odwracalne skutki fizjologiczne - bez uszkodzeń organizmu. Pojawiała się także odwracalne zakłócenia w pracy serca (fibrylacja lub przejściowa blokada). W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w rezultacie zawał mięśnia sercowego. Krzywa c1 oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych;
streta AC -4: obserwuie się te same skutki rażenia, co w strefie AC -3, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu. Prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych wzrasta do około 5% krzywa c2, 50% - krzywa c3 i ponad 50% • w obszarze powyżej krzywej c3.
Wartości prądów odczuwania, samouwolnienia i wywołujących migotanie komór serca zależą od częstotliwości - najmniejsze wartości występują przy częstotliwości około 50 Hz, wzrastają dla niższych i wyższych. Przykładowo dla częstotliwości 1000 Hz wartości tych prądów są większe: dla reakcji odczuwania - 1,6 razy, samouwolnienia - 2,1 oraz fibrylacji -14-krotnie.
Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu stałego
Rys. 2. Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie,
na drodze lewa ręka - stopy
Wartości prądów stałych wywołujące wyżej wymienione skutki są mniejsze niż w przypadku prądów częstotliwości
50 Hz. Wyraźnie odczuwalne reakcje organizmu następują dopiero wtedy, kiedy obwód przepływu prądu stałego zostanie przerwany (otwarty) i bezpośrednio po tym, ponownie zamknięty. Na rys. 2 przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem stałym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są następujące:
• strefa DC-1: nie występują żadne, odczuwalne przez zmysły i układ nerwowy reakcje. Długotrwały przepływ prądu stałego, przy braku odczuwania tego przepływu, może być przyczyną ciężkich zatruć organizmu, gdyż na skutek elektrolizy może nastąpić rozkład płynów ustrojowych. Wartość progową prądu odczuwania równą 2 mA (dla kobiet
1,5 mA) wyznaczono dokonując wyłączania i załączania obwodu rażeniowego;
• strefa DC-2: skutki rażenia takie same, jak w poprzedniej strefie; dodatkowo występuje reakcja odczuwania przy załączaniu i wyłączaniu obwodu rażeniowego.
Wartość progowa prądu samouwolnienia wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe;
• strefa DC-3: wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia takich skurczów mięśni rąk, które uniemożliwią samouwolnienie się rażonego. Mogą pojawiać się odwracalne zakłócenia w pracy serca;
• strefa DC-4.1: występują podobne skutki przepływu prądu jak w strefie DC-3. Oprócz tego wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych (krzywa 02 - 5% i 03 - 50%) oraz utraty przytomności i wystąpienia oparzeń skóry. Wartości prądów stałych wywołujących fibrylację komór sercowych są dla długotrwałych rażeń
2-4-krotnie większe od wartości prądów fibrylacyjnych o częstotliwości 50 Hz.
Skutki termicznego oddziaływania prądu elektrycznego na skórę człowieka zależą głównie od gęstości prądu
i czasu przepływu. Przy gęstości prądu od 20 do 50 mA/mm2 po czasie trwania rażenia rzędu kilkudziesięciu sekund tworzą się wokół elektrody pęcherze oparzeniowe. Przy większych gęstościach prądu i dłuższym czasie jego przepływu może wystąpić zwęglenie skóry, martwica skóry, mięśni, nerwów, a także naczyń krwionośnych. Przy dużych wartościach prądu elektrycznego oparzenia mogą być tak głębokie, że tkanki skóry (a nawet kości) mogą ulec zwęgleniu.
1.3. Rodzaje ochron przeciwporażeniowych
Bezpieczeństwo porażeniowe osób przebywających w pobliżu urządzeń elektrycznych lub obsługujących te urządzenia zapewnia zastosowanie różnych środków ochrony.
Zastosowane środki powinny tworzyć „system ochrony przeciwporażeniowej”, przez który należy rozumieć system współpracujących i skoordynowanych ze sobą środków ochrony oraz środków uzupełniających.
Środki ochrony przeciwporażeniowej można ogólnie podzielić na:
Środki organizacyjne ochrony stosowane w celu zapobieżenia porażeniom elektrycznym obejmują wprowadzone przez Przepisy Budowy Urządzeń Elektrycznych lub rozporządzenia wykonawcze do ustawy — Prawo energetyczne, wymagania dotyczące kwalifikacji osób zatrudnionych przy eksploatacji urządzeń energetycznych oraz wymagania dotyczące organizacji i wykonywania prac związanych z eksploatacją, konserwacją, naprawą oraz z badaniami odbiorczymi i okresowymi eksploatacyjnymi urządzeń elektrycznych.
Organizacyjne środki ochrony obejmują różne działania nietechniczne typu organizacyjnego, których celem jest zapoznanie szerokiego kręgu użytkowników energii elektrycznej z potencjalnymi zagrożeniami ze strony tej energii, minimalizacja możliwości kontaktu człowieka z napięciem oraz minimalizacja skutków wypadków elektrycznych.
Do działań typu organizacyjnego mających na celu zmniejszenie ryzyka zagrożeń elektrycznych należą:
1) popularyzacja zasad prawidłowego użytkowania urządzeń elektrycznych,
2) nauczanie zasad udzielania pierwszej pomocy porażonym i poparzonym prądem elektrycznym,
3) stosowanie środków propagandy wizualnej w postaci plansz i plakatów popularyzujących zasady bezpiecznego użytkowania urządzeń elektrycznych,
4) obowiązkowe szkolenie okresowe pracowników zaliczanych do grupy wzmożonego ryzyka porażeniem prądem, głównie elektryków,
5) ustawowy wymóg posiadania uprawnień kwalifikacyjnych przez osoby zatrudnione przy eksploatacji urządzeń i instalacji energetycznych,
6) przestrzeganie zasad i przepisów bezpieczeństwa pracy dotyczących organizacji prac przy urządzeniach elektrycznych, w tym zwłaszcza stosowania modelu obejmującego 5 podstawowych (złotych) reguł bezpieczeństwa
wyłączyć - zablokować - sprawdzić - uziemić - wygrodzić
Środki techniczne stanowiące właściwą ochronę przeciwporażeniową obejmują w zasadzie środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej) stanowiące zabezpieczenie przed porażeniami od napięć roboczych (fazowych) oraz środki ochrony przy dotyku pośrednim (ochrony przy uszkodzeniu) zabezpieczające przed porażeniami od napięć dotykowych.
W zakresie urządzeń i sieci do 1 kV zmieniające się na przestrzeni ostatnich lat przepisy w zakresie ochrony przeciwporażeniowej przewidywały ponadto środki ochrony obostrzonej wymagane w warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniowego i środki ochrony uzupełniającej stosowane dla eliminacji zagrożeń, przed którymi nie chronią tradycyjne środki ochrony przeciwporażeniowej.
Do technicznych środków ochrony zaliczyć należy również środki ochrony osobistej (sprzęt ochronny) mające zastosowanie głównie przy pracach konserwacyjno-remontowych, operacjach łączeniowych i czynnościach pomiarowych.
Rodzaje ochron i środków ochrony
Polska norma PN-IEC-60364-4-41:2000 przewiduje 3 rodzaje ochron przeciwporażeniowych:
równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim,
ochrona przed dotykiem bezpośrednim,
ochrona przy dotyku pośrednim.
Zestawienie rodzajów ochrony i środków ochrony przeciwporażeniowej podano w tabeli 1.
Tabela 1. Rodzaje ochron i środków ochrony przeciwporażeniowej w urządzeniach niskiego napięcia
Rodzaje ochron przeciwporażeniowych
Środki ochrony przeciwporażeniowej
Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim (równoczesna ochrona podstawowa i ochrona przy uszkodzeniu)
Ochrona polegająca na zastosowaniu bardzo niskiego napięcia SELV i PELV nie wymagająca ochrony przed dotykiem bezpośrednim
Ochrona polegająca na zastosowaniu bardzo niskiego napięcia SELV i PELV wymagająca ochrony przed dotykiem bezpośrednim
Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa)
Ochrona polegająca na izolowaniu części czynnych
Ochrona przy użyciu ogrodzeń lub obudów
Ochrona przy użyciu barier
Ochrona polegająca na umieszczeniu poza zasięgiem ręki
Ochrona uzupełniająca za pomocą urządzeń różnicowoprądowych
Ochrona przy dotyku pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu)
Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączania zasilania
Ochrona polegająca na zastosowaniu urządzenia II klasy ochronności lub izolacji równoważnej
Ochrona polegająca na izolowaniu stanowiska
Ochrona za pomocą nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych
Ochrona za pomocą separacji elektrycznej
1.3.1 Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim
Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim polega na zastosowaniu jednego z następujących
- bardzo niskiego napięcia bezpiecznego SELV (oznaczenie ang. Safety Extra-Low Voltage)
- bardzo niskiego napięcia ochronnego PELV (ang. Protective Extra-Love Voltage),
- bardzo niskiego napięcia funkcjonalnego FELV (ang. Functional Extra-Love Voltage).
Rys. 3. Przykłady obwodów SELV, PELV i FELV
W obwodach SELV instalacja jest całkowicie oddzielona od ziemi i od innych instalacji.
W obwodach PELV określone części czynne mogą być połączone z uziomem ze względu na wymagania
technologiczne. Ochronne obniżenie napięcia roboczego do wartości bardzo niskiego napięcia bezpiecznego stanowi
najskuteczniejszy, lecz w praktyce ze względów technologicznych rzadko stosowany sposób ochrony.
Tabela 2. Wartości napięć bezpiecznych UL
Napięcie bezpieczne dla warunków środowiskowych
ekstremalnego zagrożenia (zanurzenie w wodzie)
Jako źródło bardzo niskiego napięcia bezpiecznego mogą być stosowane:
- transformatory ochronne,
- źródła elektrochemiczne (baterie akumulatorów),
- zespoły prądotwórcze napędzane silnikiem spalinowym.
Wykonanie instalacji na napięcie bezpieczne wymaga spełnienia licznych warunków dotyczących właściwego doboru źródeł zasilania, układania przewodów instalacji oraz budowy i użytkowania instalacji.
W szczególności transformatory i przetwornice stanowiące źródło zasilania obwodów bardzo niskiego napięcia bezpiecznego powinny spełniać wymagania II klasy ochronności, czyli pewnego oddzielenia elektrycznego obwodu pierwotnego od obwodu wtórnego.
Układy FELV są to układy zasilane napięciem nie przekraczającym wartości bardzo niskich napięć bezpiecznych, które jednakże nie spełniają wszystkich warunków zapewniających, że nie pojawią się w nich napięcia wyższe od bezpiecznego, a odnoszących się zarówno do źródeł zasilania, elementów instalacji i sposobu jej układania oraz do budowy odbiorników. Obwody te nie mogą być traktowane jako w pełni bezpieczne i wymagają ochrony takiej, jaka jest zastosowana w ich obwodach zasilających.
Jeżeli napięcie znamionowe instalacji nie przekracza 25 V dla prądu przemiennego lub 60 V dla prądu stałego to nie jest potrzebna ochrona przed dotykiem bezpośrednim, o ile nie występują żadne szczególne warunki środowiskowe, tzn. urządzenie jest użytkowane w miejscach suchych oraz nie przewiduje się wielkopowierzchniowych dotyków ciała ludzkiego.
1.3.2 Ochrona przed dotykiem bezpośrednim
Ochrona podstawowa polega na zastosowaniu jednego z następujących środków:
· izolowania części czynnych,
· użycia ogrodzeń (przegród) lub obudów (osłon),
· użycia barier (przeszkód),
· umieszczenia poza zasięgiem ręki,
· uzupełnienia ochrony przy użyciu wysokoczułych urządzeń ochronnych różnicowoprądowych.
Izolowanie części czynnych polega na pokryciu izolacją części obwodu elektrycznego, które znajdują się pod napięciem w normalnych warunkach pracy. Izolacja ta powinna wytrzymywać obciążenia mechaniczne, chemiczne i termiczne, na jakie może być narażona w warunkach eksploatacji.
Ogrodzenia lub obudowy powinny zapewniać dla znajdujących się wewnątrz części czynnych stopień ochrony co najmniej IP2X. Ogrodzenia i obudowy powinny być trwale zamocowane, a usunięcie ich powinno być możliwe jedynie przy użyciu narzędzi lub po wyłączeniu napięcia z części czynnych znajdujących się wewnątrz nich.
Bariery (przeszkody) mają za zadanie uniemożliwienie przypadkowemu dotknięciu części czynnych, natomiast nie chroni przed rozmyślnym działaniem. Bariery mogą być usuwane bez użycia narzędzi, jednak muszą być zabezpieczone przed niezamierzonym usunięciem. Zwykle stosowane są w pomieszczeniach ruchu elektrycznego.
Umieszczenie poza zasięgiem ręki podobnie jak bariery, chroni przed przypadkowym dotknięciem, a nie przed rozmyślnym działaniem.
Stosowanie urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o prądzie wyzwalającym IΔn nie większym od 30 mA uważane jest za uzupełnienie ochrony, zarówno w przypadku nieskuteczności innych środków ochrony przed dotykiem bezpośrednim, jak i w przypadku nieostrożności użytkowników. Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe lub wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi nie mogą być jedynym środkiem ochrony. Mierzą one prąd upływu i powodują szybkie wyłączenie obwodów w przypadku dotknięcia fazy.
1.3.3 Ochrona przy dotyku pośrednim polega na zastosowaniu jednego z następujących środków:
- samoczynnego wyłączenia zasilania,
- urządzeń II klasy ochronności lub o izolacji równoważnej,
- separacji elektrycznej,
- nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych.
Samoczynne wyłączenie zasilania powinno zapewniać szybkie wyłączenie spodziewanego napięcia dotykowego przekraczającego napięcie bezpieczne, aby nie wystąpiły żadne niebezpieczne skutki patofizjologiczne w przypadku zwarcia pomiędzy częścią czynną a częścią przewodzącą dostępną lub przewodem ochronnym obwodu. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na utworzeniu pętli zwarciowych poprzez przewody ochronne łączące dostępne części przewodzące z punktem neutralnym sieci lub z ziemią (w zależności od układu sieci) oraz zastosowaniu urządzeń ochronnych zapewniających wyłączenie w odpowiednim, wymaganym przepisami czasie.
Jako urządzenia ochronne powodujące wyłączenie odbiornika lub obwodu mogą być zastosowane:
— urządzenia przetężeniowe (nadmiarowoprądowe), do których należą wyłączniki z wyzwalaczami nadprądowymi lub przekaźnikami nadprądowymi oraz bezpieczniki z wkładami topikowymi,
— urządzenia ochronne różnicowoprądowe, do których należą wyłączniki różnicowoprądowe i wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi.
Samoczynne szybkie wyłączanie zasilania jest najczęściej stosowanym i najpewniejszym środkiem ochrony dodatkowej stosowanym w układach sieciowych TN, TT oraz IT.
W układach sieciowych TN ochronę przez samoczynne wyłączenie zasilania uzyskuje się poprzez połączenie części przewodzących dostępnych z przewodem ochronnym PE lub przewodem ochronno-neutralnym PEN, co przy zwarciu części czynnych powoduje przepływ prądu zwarciowego do dostępnych części przewodzących i samoczynne odłączenie odbiornika od zasilania.
Maksymalny czas wyłączenia w układzie TN w zależności od napięcia fazowego oraz od warunków środowiskowych podano w tabeli 3.
Tabela 3. Maksymalny czas wyłączenia w układzie TN
Maksymalny czas wyłączenia w [s]
dla warunków środowiskowych
UL ≤ 50 [V~], UL ≤ 120 [V-]
UL ≤ 25 [V~], UL ≤ 60 [V-]
Wymagania dotyczące szybkiego odłączenia zasilania są spełnione jeżeli:
gdzie: Zs - impedancja pętli zwarciowej w W,
Ia - prąd [A] powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w czasie określonym w tabeli 3 lub w czasie nie dłuższym niż 5 s dla warunków określonych niżej,
Uo - napięcie znamionowe względem ziemi w V.
Czas odłączenia napięcia dłuższy od podanego w tab. 3, ale nie przekraczający 5 s dopuszcza się:
· w sieciach rozdzielczych i wewnętrznych liniach zasilających,
· w obwodach odbiorczych, do których przyłączone są jedynie odbiorniki stacjonarne i stałe.
Omawiane przepisy określają warunki niezbędne do spełnienia, gdy z rozdzielnicy zasilane są odbiorniki, dla których wymagany jest różny czas wyłączania, odnoszący się do ograniczenia impedancji przewodu ochronnego oraz do stosowania połączeń wyrównawczych miejscowych.
Prąd Ia zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego przetężeniowego (nadmiarowoprądowego) powinien być wyznaczony na podstawie charakterystyk czasowo-prądowych urządzeń wyłączających.
Jeżeli urządzeniem ochronnym jest urządzenie ochronne różnicowoprądowe, prąd Ia jest znamionowym prądem wyzwalającym IΔn.
W układzie sieciowym TT przedstawionym na rys.6. ochrona polega na połączeniu części przewodzących dostępnych chronionych za pomocą urządzeń ochronnych przetężeniowych lub różnicowoprądowych, z uziomem. Przy zwarciu części czynnej z częścią przewodzącą dostępną, powinno nastąpić samoczynne odłączenie odbiornika od sieci w wymaganym czasie lub obniżenie napięcia dotykowego na częściach przewodzących do wartości bardzo niskiego napięcia bezpiecznego UL.
W układzie TT powinien być spełniony warunek:
gdzie: RA - suma rezystancji uziomu i przewodu PE
Ia - prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego
UL - napięcie dotykowe bezpieczne.
Przy rezystancji uziomu dobranej zgodnie z w/w warunkiem nastąpi szybkie wyłączenie, gdy prąd zwarciowy IZ ograniczony sumą rezystancji uziomu roboczego punktu neutralnego transformatora i uziomu ochronnego przekroczy wartość Ia.
Jeżeli prąd IZ będzie mniejszy niż Ia to powinno nastąpić obniżenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej UL.
W praktyce spełnienie warunku samoczynnego wyłączenia jest zapewnione przy małych mocach odbiorników lub przy stosowaniu jako urządzeń ochronnych wyłączników różnicowoprądowych.
W układzie sieciowym IT wszystkie części czynne są odizolowane od ziemi, a części przewodzące dostępne powinny być uziemione indywidualnie, grupowo lub zbiorowo.
Prąd pojedynczego zwarcia z ziemią ma charakter prądu pojemnościowego i jego ograniczona wartość (zwykle poniżej 1A) nie wystarcza do spełnienia warunku szybkiego wyłączenia, ale za to z reguły występuje skuteczne obniżenie napięcia dotykowego do bezpiecznego w danych warunkach środowiskowych, zwykle 50 V, lub 25 V-.
Powyższe wymaganie określone jest wzorem:
gdzie: RA - rezystancja uziomu,
Ia - prąd pojedynczego zwarcia między przewodem fazowym a częścią przewodzącą dostępną (prąd doziemny),
UL - napięcie dotykowe bezpieczne.
Zaleca się, aby pojedyncze zwarcie doziemne było usuwane możliwie szybko, co zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia podwójnych zwarć doziemnych. Urządzenie do kontroli stanu izolacji powinno przy zwarciu doziemnym działać na sygnał dźwiękowy lub/i świetlny.
Warunki wyłączania podwójnego zwarcia z ziemią zależą od sposobu uziemienia części przewodzących dostępnych i przy uziemieniu:
— indywidualnym lub grupowym, warunki analogiczne jak dla układu TT,
— zbiorowym, warunki analogiczne jak dla układu TN.
Aby nastąpiło szybkie wyłączenie powinny być spełnione następujące warunki:
— dla układu IT bez przewodu neutralnego: Zs=√3 ·Uo ⁄ 2Ia
— dla układu IT z przewodem neutralnym: Zs=√3 ·Uo ⁄ 2Ia
gdzie: Zs - impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód fazowy i przewód ochronny obwodu,
Z's - impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód neutralny i przewód ochronny obwodu.
Maksymalne dopuszczalne czasy wyłączenia przy podwójnych zwarciach doziemnych w układzie IT w zależności od napięcia podano w tabeli 4.
Tabela 4. Maksymalne dopuszczalne czasy wyłączenia w układzie IT (przy podwójnym zwarciu doziemnym)
Czas wyłączenia w [s] dla napięcia bezpiecznego
dla sieci bez przewodu neutralnego
dla sieci z przewodem neutralnym
1.4. Ochrona przez zastosowanie urządzenia II klasy ochronności lub o izolacji równoważnej
Ten rodzaj ochrony ma na celu zapobieżenie pojawieniu się niebezpiecznego napięcia na częściach przewodzących dostępnych urządzeń elektrycznych w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej. Istota tego środka ochrony polega na ograniczeniu do minimum możliwości porażenia poprzez zastosowanie izolacji podwójnej lub izolacji wzmocnionej albo równoważnej obudowy izolacyjnej.
Urządzenia II klasy ochronności oznaczone symbolem 
są rozpowszechnionym środkiem ochrony dodatkowej, zwłaszcza w odniesieniu do przyrządów ręcznych i ruchomych (elektronarzędzia i sprzęt gospodarstwa domowego).
Mogą być stosowane we wszystkich warunkach środowiskowych.
Obudowy izolacyjne urządzeń powinny mieć stopień ochrony co najmniej IP2X i być odporne na spodziewane obciążenia mechaniczne, elektryczne i termiczne. W widocznych miejscach wewnątrz i na zewnątrz obudowy powinien być umieszczony symbol
oznaczający zakaz przyłączania przewodu ochronnego.
1.5. Izolowanie stanowiska
Ten środek ochrony ma na celu zapobieżenie równoczesnemu dotknięciu części, które mogą mieć różny potencjał w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej części czynnych.
Dopuszcza się stosowanie urządzeń klasy 0, jeżeli są spełnione wszystkie poniższe warunki:
1. ściany i podłogi stanowiska powinny być wykonane z materiałów izolacyjnych w taki sposób, aby ich rezystancja nie była mniejsza niż 50 kΩ dla instalacji o napięciu znamionowym do 500 V, oraz 100 kΩ przy napięciu powyżej 500 V,
2. części przewodzące dostępne powinny być oddalone od siebie i od części przewodzących obcych na odległość nie
mniejsza niż 2 m, odległość ta może wynosić 1,25 m, jeżeli urządzenia znajdują się poza strefą zasięgu ręki, albo
3. zostały umieszczone skuteczne bariery między częściami przewodzącymi dostępnymi a częściami przewodzącymi
obcymi zwiększającymi odległość między tymi częściami do 2 m. Barier tych nie należy przyłączać do ziemi ani do
części przewodzących dostępnych; w miarę możliwości powinny być one wykonane z materiałów izolacyjnych, albo
4. izolowanie lub zastosowanie środków izolujących części przewodzące obce od ziemi, w sposób zapewniający
dostateczną wytrzymałość mechaniczną i wytrzymywać próbę napięciem o wartości 2000 V. Prąd upływu w normalnych
warunkach nie powinien przekraczać 1 mA.
5. Do stanowiska izolowanego nie wolno doprowadzać z zewnątrz żadnych uziemionych przedmiotów ani przewodów ochronnych. Ten sposób ochrony wymaga szczególnie skutecznego nadzoru eksploatacyjnego nad instalacjami.
1.6. Nieuziemione połączenia wyrównawcze miejscowe
Nieuziemione połączenia wyrównawcze mają na celu zapobieżenie pojawieniu się niebezpiecznych napięć dotykowych. Istota tej ochrony polega na łączeniu między sobą wszystkich części przewodzących jednocześnie dostępnych oraz części przewodzących obcych za pomocą nieuziemionych miejscowych połączeń wyrównawczych. Zasadę działania połączeń wyrównawczych przedstawia rys.4.
Rys. 4. Zasada działania nieuziemionych połączeń wyrównawczych
Oznaczenia: A - część przewodząca dostępna z uszkodzoną izolacją, B - część przewodząca obca,
T - transformator separacyjny, I - największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia,
R - rezystancja połączenia wyrównawczego.
System połączeń wyrównawczych miejscowych nie powinien mieć połączenia elektrycznego z ziemią przez części przewodzące dostępne lub przez części przewodzące obce. Rezystancja połączeń wyrównawczych powinna być tak dobrana, aby największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia zasilania, wywoływał na niej spadek napięcia nie przekraczający dopuszczalnej w danych warunkach środowiskowych wartości napięcia dotykowego bezpiecznego.
gdzie: I - największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia,
R - rezystancja połączenia wyrównawczego,
UL - napięcie bezpieczne (np. 50 V).
Należy przewidzieć środki ostrożności zapobiegające narażeniu na niebezpieczną różnicę potencjałów osób wchodzących do przestrzeni z połączeniami wyrównawczymi miejscowymi, szczególnie w przypadku, gdy przewodząca podłoga izolowana od ziemi jest połączona z nieuziemionym systemem połączeń wyrównawczych.
1.7. Separacja elektryczna
Separacja elektryczna pojedynczego obwodu ma na celu zabezpieczenie przed prądem rażeniowym przy dotyku do części przewodzących dostępnych, które mogą znaleźć się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej obwodu. Separacja elektryczna polega zwykle na zasilaniu pojedynczego odbiornika przez transformator separacyjny o przekładni 1:1, wykonany w drugiej klasie ochronności, lub przez przetwornicę separacyjną.
Części czynne obwodu separowanego nie powinny być połączone w żadnym punkcie z innym obwodem lub z ziemią.
Zaleca się, aby w obwodzie separowanym iloczyn napięcia znamionowego w woltach i łącznej długości przewodów
w metrach nie przekraczał 100 000, aby łączna długość przewodów łączących nie przekraczała 500 m a napięcie obwodu separowanego nie powinno przekroczyć 500 V. Czyli:
Rys. 5. Przewody wyrównawcze (CC) w przypadku zastosowania separacji elektrycznej.
Jeżeli z obwodu separowanego jest zasilanych kilka urządzeń, to ich części przewodzące dostępne powinny być połączone między sobą przez izolowane nieuziemione przewody wyrównawcze.
Przewody tego obwodu nie powinny być połączone z przewodami ochronnymi lub częściami przewodzącymi dostępnymi innych obwodów ani z częściami przewodzącymi obcymi.
Wszystkie gniazda wtyczkowe powinny mieć styki ochronne przyłączone do sytemu izolowanych nieuziemionych połączeń wyrównawczych.
Wszystkie przewody giętkie z wyjątkiem tych, które zasilają urządzenia II klasy ochronności, powinny mieć żyłę ochronną do połączenia wyrównawczego.
W przypadku podwójnego zwarcia dwóch części przewodzących zasilanych przez przewody o różnej biegunowości do części przewodzących dostępnych, urządzenie ochronne powinno zapewnić wyłączenie zasilania w czasie zgodnym z tabelą 3.
1.8. Warunki środowiskowe
W wieloarkuszowej normie PN-IEC 60364 przyjęto zasadę, że postanowienia normy dotyczą normalnych warunków środowiskowych i rozwiązań instalacji elektrycznych, natomiast w warunkach środowiskowych stwarzających zwiększone zagrożenie wprowadza się odpowiednie obostrzenia i stosuje się specjalne rozwiązania instalacji elektrycznych.
Poszczególne rodzaje warunków środowiskowych zostały usystematyzowane i oznaczone za pomocą kodu literowo-cyfrowego. O doborze środków ochrony przeciwporażeniowej, w praktyce decydują następujące warunki środowiskowe:
- BB - elektryczna rezystancja ciała ludzkiego,
- BC - kontakt ludzi z potencjałem ziemi.
Doboru środków ochrony przeciwporażeniowej dla normalnych warunków środowiskowych należy dokonywać w oparciu o arkusz 41. Obostrzenia i specjalne rozwiązania instalacji elektrycznych obejmują arkusze normy grupy 700.
Obostrzenia te polegają głównie na:
- zakazie umieszczania urządzeń elektrycznych w odpowiednich miejscach (strefach),
- zakazie stosowania niektórych środków ochrony; np. barier, umieszczania poza zasięgiem ręki, izolowania stanowiska,
nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych,
- stosowaniu urządzeń o odpowiednich stopniach ochrony,
- konieczności stosowania dodatkowych (miejscowych) połączeń wyrównawczych,
- konieczności obniżenia napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale w określonych warunkach otoczenia do
wartości 25 V i 12 V prądu przemiennego oraz odpowiednio 60 V i 30 V prądu stałego,
- konieczności stosowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o znamionowym prądzie różnicowym nie większym
niż 30 mA jako uzupełniającego środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej),
- kontroli stanu izolacji (doziemienia) w układach sieci IT.
Stopnie ochrony obudów urządzeń elektrycznych są oznaczone kodem IP (International Protection) w następujący
sposób: IP X0, IP 0X lub IP XX gdzie:
- IP (International Protection) - oznaczenie literowe
- pierwsza charakterystyczna cyfra (cyfry od 0 do 6 lub litera X) - określa stopień ochrony przed przedostaniem się obcych
ciał stałych do wnętrza obudów urządzeń elektrycznych i dostępem do części pod napięciem lub części będących w
- druga charakterystyczna cyfra (cyfry od 0 do 8 lub litera X) - określa stopień ochrony przed przedostawaniem się wody do
wnętrza obudów urządzeń elektrycznych. Np. IP22 - takie oznaczenie dotyczy obudowy:
- pierwsza cyfra 2 - oznacza ochronę urządzenia przed przedostawanie ciał stałych o średnicy 12,5 mm i większej do
- druga cyfra 2 - oznacza ochronę urządzenia przed przedostawaniem się spadających strug wody do wnętrza obudowy.
Tabela 5. Stopnie ochrony zapewniane przez obudowy urządzeń elektrycznych
Ochrona przed dotknięciem do części czynnych i przed przedostawaniem się ciał obcych o średnicy d >
Ochrona przed przedostawaniem się wody
1 Kod IP oznaczony tłustym drukiem - osłony do pomieszczeń wilgotnych
2 Kod IP napisany kursywą - osłony do pomieszczeń mokrych
1.10. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych
Urządzenia elektryczne ze względu na zastosowany środek ochrony przeciwporażeniowej dzieli się na cztery klasy ochronności : 0, I, II i III.
W urządzeniach klasy ochronności I ochronę realizuje się poprzez połączenie przewodów PE lub PEN z zaciskami ochronnymi, przez co następuje:
- szybkie zadziałanie zabezpieczeń przetężeniowych i wyłączenie zasilania, albo
- ograniczenie napięć dotykowych do wartości uznanych za bezpieczne.
W urządzeniach klasy ochronności II ochrona jest zapewniona przez fabryczne zastosowanie izolacji podwójnej lub wzmocnionej.
W urządzeniach klasy ochronności III, ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zasilanie ich bardzo niskim napięciem (SELV lub PELV), mieszczącym się w zakresie napięcia bezpiecznego.
W urządzeniach klasy ochronności 0 ochronę przed porażeniem stanowi w zasadzie tylko izolacja podstawowa. Brak zacisku ochronnego.
Tabela 6. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych
Środowisko bez uziemionych mas , zastosowanie izolowania stanowiska.
Zasilanie przez transformator separacyjny tylko jednego urządzenia.
żyrandole, plafoniery, elektryczne tarcze szlifierskie
wyposażenie w zacisk ochronny do połączenia części przewodzących z przewodem ochronnym układu sieciowego
Przyłączenie do przewodu ochronnego zapewniające:
- szybkie wyłączenie zasilania,
- ograniczenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej
środowiskowych zastosowanie:
dodatkowych (miejscowych) lub
- zastosowanie urządzenia ochronnego różnicowoprądowego o prądzie zadziałania nie większym niż 30 mA
Chłodziarki, zamrażarki, pralki, termy, silniki rozdzielnice
Zastosowanie izolacji podwójnej lub wzmocnionej, stanowiącej fabryczny element urządzenia
Stosowanie we wszystkich warunkach, o ile szczegółowe postanowienia dotyczące określonych miejsc i pomieszczeń nie stanowią inaczej
Odpowiednio oznakowane wiertarki, lampy biurowe, transformatory ochronne
Zasilanie urządzenia jedynie za pomocą bardzo niskiego napięcia ochronnego SELV lub bardzo niskiego napięcia bezpiecznego PELV
Stosowanie we wszystkich warunkach
Przenośne lampy, oświetlenie, wiertarki
Tabela 7. Zakresy napięciowe prądu przemiennego i stałego
Napięcia prądu przemiennego [V]
Napięcia prądu stałego [V]
Układy izolowane
lub
z uziemieniami pośrednimi
Układy izolowane
lub
z uziemieniami pośrednimi
U - napięcie znamionowe instalacji (wartość napięcia zależy od warunków środowiskowych)
Schemat podziału wyżej wymienionych napięć jest następujący:
- bardzo niskie napięcie SELV
- bardzo niskie napięcie PELV
- bardzo niskie napięcie funkcjonalne FELV
- napięcie w układzie sieci TN
- napięcie w układzie sieci TT
- napięcie w układzie sieci IT,
Nazewnictwo napięć stosowanych w elektroenergetyce
niskie napięcie (n/n) - napięcia o wartości nie przekraczającej 1000 V.
wysokie napięcie (WN): - napięcia o wartości przekraczającej 1 kV, które dzielimy na:
- średnie napięcie (SN) - napięcia o wartości nie przekraczającej 100 kV,
- najwyższe napięcie (NN) - napięcia o wartości przekraczającej 100 kV.
Nazewnictwem napięć stosowanych w elektroenergetyce zajmuje się norma PN-92/E-50601 "Słownik terminologiczny elektryki. Wytwarzanie, przesyłanie i rozdzielanie energii elektrycznej. Pojęcia ogólne" będąca tłumaczeniem normy międzynarodowej IEC 50(601)-1985.
W zależności od sposobu połączenia sieci z ziemią oraz od związku pomiędzy częściami przewodzącymi dostępnymi a ziemią, rozróżnia się następujące układy (systemy) sieci, oznaczone wg normy PN-IEC 60364 za pomocą symboli literowych:
- układ TN w wersji TN-C, TN-S lub TN-C-S,
1. Pierwsza litera oznacza związek układu sieci z ziemią:
T - oznacza bezpośrednie połączenie jednego punktu neutralnego z ziemią,
I - oznacza izolowanie wszystkich części będących pod napięciem lub połączenie punktu neutralnego sieci
z ziemią przez odpowiednią impedancję.
2. Druga litera określa sposób połączenia z ziemią dostępnych części przewodzących:
N - oznacza bezpośrednie połączenie dostępnych części przewodzących z uziemionym punktem neutralnym,
T - oznacza bezpośrednie połączenie dostępnych części przewodzących z ziemią.
3. Trzecia i czwarta litera określają rodzaj przewodów neutralnych i ochronnych (ochronno - neutralnych):
C - oznacza, że w całym układzie funkcje przewodów neutralnych i ochronnych pełni jeden przewód
ochronno - neutralny PEN,
S - oznacza, że funkcje przewodów neutralnych i ochronnych pełnią oddzielne przewody
C-S - oznacza, że funkcje przewodu neutralnego i ochronnego w części układu pełni wspólny przewód PEN,
a w części układu prowadzone są oddzielne przewody N i PE.
Rys. 6. Układy sieci typu: a) TN-C, b) TN-S, c) TN-C-S, d) TT, e), f) IT,
Oznaczenia: 1 - dostępne części przewodzące Z - impedancja
Układy te zapewniają rozdzielenie funkcji przewodu ochronno-neutralnego PEN na przewód ochronny PE i neutralny N
oraz likwidują szereg niepożądanych zjawisk, takich jak:
- pojawienie się napięcia fazowego na obudowach metalowych odbiorników, wywołane przerwą ciągłości przewodu PEN,
- pojawienie się na przewodzie PEN napięcia niekorzystnego dla użytkowanych odbiorników, wywołanego przepływem
przez ten przewód prądu wyrównawczego, spowodowanego zaistnieniem asymetrii prądowej w instalacji.
Według normy PN -IEC 60364 rozdzielenie ułożonego na stałe przewodu PEN o przekroju co najmniej 10 mm2 Cu lub
16 mm2 Al na dwa przewody PE oraz N może być wykonane w całej instalacji elektrycznej w budynku mieszkalnym (poczynając od złącza).
Punkt rozdziału powinien być uziemiony, co zapewni utrzymanie odpowiedniego potencjału ziemi na przewodzie ochronnym PE przyłączonym do części przewodzących dostępnych urządzeń elektrycznych w normalnych warunkach pracy instalacji elektrycznej. Osobne przewody PE i N są wymagane w niektórych instalacjach specjalnych objętych częścią 7 normy PN-IEC 60364 arkusze 700, które ze względu na warunki środowiskowe zakazują układu TN-C. Natomiast celowość rozdziału przewodu PEN na PE i N należy rozważyć w instalacjach przemysłowych o dużym przekroju przewodów zasilających urządzenia elektryczne niewrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne.
Korzystne dla ochrony przeciwporażeniowej w układzie sieci TN, w którym stosowane jest samoczynne wyłączenie zasilania, jako ochrona przy dotyku pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu), jest wielokrotne uziemianie przewodu ochronnego PE lub ochronno-neutralnego PEN , które powoduje:
- obniżenie napięcia na nieuszkodzonym przewodzie ochronnym PE lub ochronno-neutralnym PEN, połączonym z
- utworzenie drogi zastępczej prądu zwarciowego w przypadku przerwania przewodu ochronnego PE lub ochronno-
- obniżenie napięcia na przewodzie ochronnym PE lub ochronno-neutralnym PEN, który został przerwany (odłączony od
punktu neutralnego sieci) i który jest jednocześnie połączony z miejscem zwarcia,
- obniżenie napięcia, które może pojawić się na przewodzie ochronnym PE lub ochronno-neutralnym PEN podczas zwarć
doziemnych w stacji zasilającej po stronie wyższego napięcia, gdy w stacji wykonano wspólne uziemienie urządzeń
wysokiego i niskiego napięcia,
- ograniczenie asymetrii napięć podczas zwarć doziemnych.
1.13. Przewody ochronne w tym główne i dodatkowe przewody wyrównawcze
Przewody ochronne PE, ochronno-neutralne PEN i neutralne N
Podstawowe wymagania odnośnie przewodów ochronnych, ochronno-neutralnych i neutralnych w instalacjach elektrycznych określa norma PN-IEC 60364. Przewody te powinny być ułożone i oznaczone w sposób umożliwiający ich identyfikację w trakcie sprawdzania, badań lub zmian w instalacji. Istotne znaczenie posiada dobór przekroju wymienionych przewodów. Przekrój przewodów ochronnych nie powinien być mniejszy od wartości obliczonej ze wzoru:
gdzie: S - przekrój przewodu [mm2],
Ith - prąd zwarciowy cieplny [A],
t - czas trwania zwarcia w sekundach,
k - współczynnik zależy od rodzaju przewodu i warunków jego użytkowania, w A·√s ⁄ mm2
Tabela 8. Przekrój przewodu ochronnego w zależności od przekroju przewodów fazowych
Przekrój przewodu fazowego S,
Przekrój odpowiadającego przewodu
1) Lecz nie mniejszy niż 2,5 mm2, jeżeli przewód jest zabezpieczony przed uszkodzeniem mechanicznym lub 4 mm2, jeżeli nie jest zabezpieczony przed uszkodzeniami mechanicznymi - dotyczy to przewodów ochronnych nie będących żyłą przewodu (kabla) lub jego powłoką.
Jako przewody ochronne mogą być stosowane:
— żyły przewodów (kabli) wielożyłowych,
— przewody prowadzone we wspólnej osłonie z przewodami roboczymi,
— metalowe osłony niektórych rodzajów kabli szynowych,
— odpowiednie części przewodzące obce.
Przepisy Budowy Urządzeń Elektroenergetycznych. Instytut Energetyki (Warszawa 1997) określają dodatkowe wymagania dotyczące wykorzystania jako przewodów ochronnych metalowych osłon, obudów i części przewodzących obcych, dotyczące głównie zapewnienia ich ciągłości elektrycznej oraz konduktancji równej co najmniej konduktancji przewodów wyznaczonych według w/w tabeli.
W sieciach systemu TN, w których ułożony na stałe, pojedynczy przewód (żyła) spełnia funkcję przewodu ochronnego
i neutralnego, przekrój przewodu ochronno-neutralnego PEN nie może być mniejszy niż 10 mm2 Cu lub 16 mm2 Al.
W przypadku stosowania przewodów (kabli) koncentrycznych, minimalny przekrój przewodu PEN może wynosić 4 mm2.
Przewód neutralny N wyprowadzony z punktu neutralnego źródła prądu przemiennego, jako przewód czynny uczestniczy w przesyłaniu energii elektrycznej. Jego przekrój musi być dostosowany do przewidywanych obciążeń roboczych. Z reguły, zwłaszcza w obwodach 1-fazowych lub w 3-fazowych przy znacznej asymetrii obciążenia poszczególnych faz, przekrój przewodu neutralnego powinien odpowiadać przekrojowi przewodów fazowych. Należy zaznaczyć, że przy zasilaniu urządzeń o przebiegach odkształconych np. urządzeń elektronicznych i komputerowych, wartość prądu w przewodzie neutralnym może znacznie przekraczać wartości prądu w przewodach fazowych.
Istotne znaczenie w ochronie przeciwporażeniowej odgrywają połączenia wyrównawcze. Zastosowanie połączeń wyrównawczych ma na celu ograniczenie do wartości dopuszczalnych długotrwale w danych warunkach środowiskowych napięć występujących pomiędzy różnymi częściami przewodzącymi. Każdy budynek powinien mieć połączenia wyrównawcze główne.
Przewody połączeń wyrównawczych nie stanowią elementu obwodów prądowych i nie są obciążone prądami roboczymi lub zwarciowymi. Jako przewody wyrównawcze mogą być stosowane miedziane przewody gołe lub izolowane oraz stalowe przewody gołe lub pokryte trwałymi powłokami antykorozyjnymi.
Połączenia wyrównawcze główne realizuje się przez umieszczenie w najniższej (przyziemnej) kondygnacji budynku głównej szyny uziemiającej (zacisku), do której są przyłączone:
- przewody uziemienia ochronnego,
- przewody ochronne lub ochronno-neutralne,
- przewody funkcjonalnych połączeń wyrównawczych, w przypadku ich stosowania,
- metalowe rury oraz metalowe urządzenia wewnętrznych instalacji wody zimnej, wody gorącej, kanalizacji,
centralnego ogrzewania, gazu (po zainstalowaniu wkładki izolacyjnej), klimatyzacji, metalowe powłoki
i pancerze kabli elektroenergetycznych itp.
- metalowe elementy konstrukcyjne budynku, takie jak np. zbrojenia itp.
Elementy przewodzące wprowadzane do budynku z zewnątrz (rury, kable) powinny być przyłączone do głównej szyny uziemiającej możliwie jak najbliżej miejsca ich wprowadzenia.
W pomieszczeniach o zwiększonym zagrożeniu porażeniem, jak np. w łazienkach wyposażonych w wannę lub/i basen natryskowy, hydroforniach, pomieszczeniach wymienników ciepła, kotłowniach, pralniach, kanałach rewizyjnych, pomieszczeniach rolniczych i ogrodniczych oraz przestrzeniach, w których nie ma możliwości zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania po przekroczeniu wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale na częściach przewodzących dostępnych, powinny być wykonane połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe).
Połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe) powinny obejmować wszystkie części przewodzące jednocześnie dostępne, takie jak:
-części przewodzące dostępne,
-części przewodzące obce,
-przewody ochronne wszystkich urządzeń, w tym również gniazd wtyczkowych i wypustów oświetleniowych,
-metalowe konstrukcje i zbrojenia budowlane.
Wszystkie połączenia i przyłączenia przewodów biorących udział w ochronie przeciwporażeniowej powinny być wykonane w sposób pewny, trwały w czasie, chroniący przed korozją. Przewody należy łączyć ze sobą przez zaciski przystosowane do materiału, przekroju oraz ilości łączonych przewodów, a także środowiska, w którym połączenie to ma pracować.
Na rysunkach 7 i 8 przedstawiono przykład połączeń wyrównawczych głównych w piwnicy (w pomieszczeniu przyłączowym) oraz połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych) w łazience budynku mieszkalnego.
Rys. 7. Przykład pomieszczenia przyłączowego, w którym zainstalowane jest złącze instalacji
elektrycznej oraz główna szyna wyrównawcza, do której są podłączone wszystkie przyłącza
wprowadzone do budynku mieszkalnego
Oznaczenia: 1 - kabel zasilający, 2 - złącze z bezpiecznikami, 3 - wewnętrzna linia zasilająca, 4 - szyna wyrównawcza główna, 5 - uziom fundamentowy, 6 - instalacja teletechniczna, 7 - połączenie z urządzeniami teletechnicznymi,
8 - instalacja wodociągowa, 9 - instalacja gazowa, 10 - wstawka izolacyjna, 11 - instalacja centralnego ogrzewania,
12 - kanalizacja (rury przewodzące), 13 - połączenie z anteną TV, 14 - połączenie z przewodem ochronnym PE, jeżeli sieć jest w układzie TT, 15 - połączenie z uziomem instalacji odgromowej.
Rys. 8. Przykład wykonania połączenia wyrównawczego głównego w piwnicy
oraz miejscowego w łazience na kolejnym piętrze
1) Bardzo ważne jest rozróżnienie połączeń wyrównawczych głównych od uziemień. Aby określone elementy mogły być wykorzystane jako uziomy, muszą one spełniać określone wymagania i musi być zgoda właściwej jednostki na ich wykorzystanie. Dotyczy to na przykład rur wodociągowych, kabli itp. Niektóre elementy jak np. rury gazu, palnych cieczy itp. nie mogą być wykorzystywane jako uziomy.
2) Wszystkie wyżej wymienione elementy powinny być w danym budynku połączone ze sobą poprzez główną szynę uziemiającą, celem stworzenia ekwipotencjalizacji.
Aby zrealizować połączenia wyrównawcze nie wykorzystując rur gazowych jako elementów uziemienia, za wystarczające uważa się zainstalowanie wstawki izolacyjnej na wprowadzeniu rury gazowej do budynku.
Tabela 9. Przekroje poprzeczne przewodów wyrównawczych głównych i dodatkowych
Połączenia wyrównawcze dodatkowe między
dwoma częściami przewodzącymi dostępnymi
częścią przewodzącą dostępną i częścią przewodzącą obcą
Sw ≥ 2,5 mm2 dla przewodów chronionych od uszkodzeń mechanicznych 1)
Sw ≥ 4 mm2 dla przewodów niechronionych od uszkodzeń mechanicznych 2)
Możliwe złagodzenie wymagania podstawowego
Sw nie musi być większy od 25 mm2 Cu albo przekroju równoważnego w przypadku innego metalu niż miedź
1) niezależnie od materiału, z którego wykonany jest przewód,
2) w przypadkach stosowania innego metalu niż miedź należy przyjmować przekrój zapewniający taką samą obciążalność prądową jaką ma odpowiedni przewód miedziany.
Oznaczenia: Sw - przekrój przewodu wyrównawczego, SPEmax - największy przekrój przewodu ochronnego w danej instalacji, SPEmin - najmniejszy przekrój przewodu ochronnego spośród przewodów doprowadzonych do rozpatrywanych części przewodzących dostępnych, SPE - przekrój przewodu ochronnego doprowadzonego do rozpatrywanej części przewodzącej dostępnej.
Aby zrealizować połączenia wyrównawcze nie wykorzystując rur gazowych jako elementów uziemienia, za wystarczające uważa się zainstalowanie wstawki izolacyjnej na wprowadzeniu rury gazowej do budynku.
Tabela 10. Zależności pomiędzy przekrojami przewodów
uziemienia ochronnego
lub ochronno-funkcjonalnego
połączenia wyrów-
nawczego głównego
połączenia
wyrównawczego dodatkowego (miejscowego)
połączenia wyrównaw-czego
nieuziemio-nego
1) Przekrój SPE należy zawsze ustalać, biorąc pod uwagę największy w danej instalacji przekrój przewodu ochronnego.
2) Dotyczy przewodu połączenia wyrównawczego dodatkowego, łączącego ze sobą dwie części przewodzące dostępne. Przekrój
wyżej wymienionego przewodu nie powinien być mniejszy niż najmniejszy przekrój przewodu ochronnego, przyłączonego do części
3) Dotyczy przewodu połączenia wyrównawczego dodatkowego, łączącego część przewodzącą dostępną, z częścią przewodzącą obcą.
Przekrój wyżej wymienionego przewodu nie powinien być mniejszy niż połowa przekroju przewodu ochronnego, przyłączonego do
części przewodzącej dostępnej.
4) Brak jest obowiązujących danych. Ze względu na pełnioną funkcję, uważa się, że przekrój tego przewodu nie powinien być mniejszy
od przekroju przewodu fazowego.
5) Dotyczy współosiowej żyły przewodu (kabla).
6) Przekrój nie musi być większy od 25 mm2 Cu, lub z innego materiału, lecz o przekroju mającym taką obciążalność jak 25
1. Przekrój każdego przewodu ochronnego nie będącego częścią wspólnego układu przewodów lub jego osłoną nie
powinien być w żadnym przypadku mniejszy niż:
- 2,5 mm2 w przypadku stosowania ochrony przed mechanicznymi uszkodzeniami,
- 4 mm2 w przypadku niestosowania ochrony przed mechanicznymi uszkodzeniami.
2. Przewody ułożone w ziemi muszą spełniać dodatkowe wymagania.
Tabela 11. Wymagania dla przewodów ułożonych w ziemi
Zabezpieczone przed mechanicznym uszkodzeniem
Nie zabezpieczone przed mechanicznym uszkodzeniem
Zabezpieczone przed korozją
SE ≥ 16 mm2 Cu
SE ≥ 16 mm2 Fe
Nie zabezpieczone
przed korozją
SE ≥ 25 mm2 Cu
SE ≥ 50 mm2 Fe
1.14. Uziemienia w elektroenergetycznych sieciach niskiego napięcia
Według normy PN-IEC 60050-195 będącej tłumaczeniem arkusza 195 Międzynarodowego Słownika Terminologicznego Elektryki:
- uziemienie ochronne to uziemienie jednego lub wielu punktów sieci, instalacji lub urządzenia dla celów
- uziemienia robocze (funkcjonalne), to uziemienie jednego lub wielu punktów sieci, instalacji lub urządzenia dla celów innych niż bezpieczeństwo elektryczne.
Uziemienie - to celowo wykonane elektryczne połączenie części urządzeń lub instalacji elektrycznej z przedmiotem metalowym znajdującym się w ziemi, zwanym uziomem.
Dobór i montaż wyposażenia instalacji uziemiających powinien być taki, aby:
— wartość rezystancji uziemień odpowiadała trwale wartościom wynikającym z wymagań bezpieczeństwa
i wymagań funkcjonalnych,
— prądy zwarciowe doziemne i prądy upływowe nie powodowały zagrożenia wynikającego zwłaszcza z ich oddziaływania cieplnego i dynamicznego,
— zabezpieczenia przed uszkodzeniami mechanicznymi, mogącymi występować w danych warunkach środowiskowych, miały wystarczającą wytrzymałość lub dodatkową ochronę.
Uziomy stanowiące zasadniczą część instalacji uziemiającej mogą być: naturalne lub sztuczne bądź stanowić układ mieszany.
Uziomami naturalnymi - są przedmioty metalowe znajdujące się w ziemi, których podstawowe przeznaczenie jest inne niż dla celów uziemienia. Jako uziomy naturalne mogą być wykorzystywane: metalowe rury wodociągowe, ołowiane płaszcze i pancerze kabli elektroenergetycznych, elementy metalowe osadzone w fundamentach, zbrojenia betonu znajdującego się w ziemi oraz inne elementy metalowe obiektów mające dobrą styczność z ziemią.
Uziomami sztucznymi - mogą być kształtowniki, pręty, druty, linki, płyty lub taśmy najczęściej stalowe, pokryte przewodzącymi powłokami ochronnymi (antykorozyjnymi) pogrążone w gruncie poziomo (uziomy poziome) lub pionowo (uziomy pionowe). Aktualne przepisy krajowe dopuszczają możliwość wykonywania uziomów ze stali nieocynkowanej, ze stali ocynkowanej lub z miedzi. Często miedź stosowana jest jako materiał na powłoki ochronne uziomów stalowych. Uziomy mogą być wykonywane z pojedynczych elementów poziomych lub pionowych (uziomy skupione) lub też mogą stanowić uziom złożony, utworzony z układu uziomów o zróżnicowanej konfiguracji (np. uziomy promieniowe, kratowe lub otokowe).
- Rodzaj i głębokość umieszczenia uziomów powinny być takie, aby wysychanie i zamarzanie gruntu nie powodowało zwiększenia ich rezystancji powyżej wymaganej wartości.
- Zastosowane materiały i konstrukcje uziomów powinny zapewniać odporność na uszkodzenia mechaniczne spowodowane korozją.
- Przy projektowaniu uziemień należy uwzględniać możliwość wzrostu wartości rezystancji uziomów, spowodowanego korozją.
- Systemy metalowych rur wodociągowych mogą być wykorzystywane jako uziomy, pod warunkiem że uzyskano na to zgodę jednostki eksploatującej te wodociągi, a także zapewnione jest zapewnione jest uzgadnianie z użytkownikiem instalacji elektrycznej każdej planowanej zmiany w systemie rur wodociągowych.
Systemem uziemiającym nazywamy układ składający się z uziomów, przewodów uziomowych oraz przewodów uziemiających
Przewód uziemiający jest to przewód łączący część metalową podlegającą ochronie z uziomem lub z przewodem uziomowym. Przewody uziemiające powinny mieć przekroje nie mniejsze niż podane
Tabela 12. Znormalizowane przekroje przewodów uziemiających
Zabezpieczone przed mechanicznym uszkodzeniem
Nie zabezpieczone przed uszkodzeniem mechanicznym
Zabezpieczone przed korozją
zgodne z PN-IEC 60364-5-54
Nie zabezpieczone przed korozją
Połączenie przewodu uziemiającego z uziomem powinno być wykonane w sposób pewny i trwały pod względem mechanicznym i elektrycznym. W przypadku zastosowania zacisku, nie powinien on powodować uszkodzenia uziomu
(np. rury) lub przewodu uziemiającego.
Przewód uziomowy jest to umieszczony w gruncie nieizolowany przewód, łączący uziom lub zespół uziomów z przewodem uziemiającym lub zaciskiem probierczym uziomowym. W skład każdej instalacji powinna wchodzić główna szyna uziemiająca lub główny zacisk uziemiający, do których należy przyłączyć:
— połączenia wyrównawcze główne,
— przewody uziemień funkcjonalnych, jeżeli są wymagane.
W dostępnym miejscu powinno być przewidziane połączenie umożliwiające odłączenie przewodu uziemiającego. Pożądane jest, aby znajdowało się ono przy głównej szynie lub zacisku uziemiającym w celu umożliwienia wykonania pomiarów rezystancji uziemień. Połączenie to powinno mieć możliwość rozłączania jedynie z użyciem narzędzia i być wykonane w sposób pewny i trwały pod względem mechanicznym i elektrycznym.
Rezystancja uziemienia jest parametrem określającym cechy uziemienia. Rozróżnia się rezystancję statyczną, odpowiadającą przewodzeniu prądów przemiennych o częstotliwości 50 Hz, oraz rezystancję udarową, odpowiadającą przepływowi prądów piorunowych o charakterze udarowym, charakteryzujących się dużą wartością prądu i bardzo krótkim czasem trwania. Rezystywność gruntu ς, jest parametrem wpływającym na wyznaczenie rezystancji uziemienia, będąca wielkością charakteryzującą poszczególne rodzaje gruntów, zawierającą się w przedziale 40÷2000 Ω m.
Ogólne wymagania odnośnie uziemień sprowadzają się do:
- zapewnienia warunków funkcjonalnych pracy sieci, instalacji i urządzeń elektrycznych,
- ograniczenia zakłóceń i szumów w urządzeniach teletechnicznych,
- zapewnienia bezpieczeństwa personelu i użytkowników urządzeń elektrycznych przed
niebezpiecznym napięciami dotykowymi.
Uziemienia w układach sieci TN i TT
Uziemienia ochronne, są ważnym elementem ochrony przy dotyku pośrednim przez samoczynne wyłączenie zasilania. Skuteczność tej ochrony zależy od spełnienia wymagań dotyczących: wyłączenia zasilania w wymaganym czasie, uziemień układu sieciowego oraz połączeń wyrównawczych.
Uziemienia podłączone jedynie do zacisków ochronnych urządzeń elektrycznych zasilanych z sieci TT i IT, pełnią jedynie role uziemień ochronnych.
Uziemienia punktu neutralnego i przewodów ochronnych PE (PEN) wykonywane w układach sieci TN oraz
uziemienia punktów neutralnych w sieciach TT spełniają funkcje zarówno uziemień roboczych jak i ochronnych. Są to
więc uziemienia ochronno-robocze. Umownie przyjęto, że wszystkie uziemienia wykorzystywane do celów ochrony przeciwporażeniowej należy nazywać uziemieniami ochronnymi (chociaż w rzeczywistości niektóre z nich są uziemieniami ochronno-roboczymi)
Uziemienie robocze polega na połączeniu z uziomem określonego punktu obwodu elektrycznego. Może ono być wykonane jako bezpośrednie, pośrednie (poprzez reaktancję lub rezystancję) lub otwarte (za pośrednictwem bezpiecznika iskiernikowego).
Uziemienie robocze punktu neutralnego źródła oraz uziemienia ochronno-robocze odgrywają ważną rolę w zakresie:
- ochrony przed skutkami pojawienia się w sieci niskiego napięcia, wyższego napięcia sieci zasilającej,
- utrzymania potencjału ziemi na przewodach PEN (PE) i połączonych z nimi części przewodzących
dostępnych urządzeń elektrycznych,
- umożliwienia działania ochrony poprzez wyłączenie zasilania podczas zwarcia doziemnego do
uszkodzonego przewodu za miejscem jego przerwania,
- ograniczenia napięć na przewodach PEN (PE) wywołanych zwarciami doziemnymi.
W sieciach TN i TT pierwszym uziemieniem jest uziemienie robocze punktu neutralnego transformatora (generatora lub zespołu prądotwórczego). Najczęściej jest to uziom kratowy lub otokowy, ewentualnie uzupełniony elementami pionowymi, jeżeli wartość rezystancji uziemienia nie spełnia wymagań przepisów.
Wymagania odnośnie dopuszczalnej wartości rezystancji tego uziemienia określało rozporządzenie Ministra Przemysłu z dnia 8.10.1990 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać urządzenia ochrony przeciwporażeniowej [Dz.U. Nr 81, poz. 473 - utraciło moc prawną] wymagało, aby punkty neutralne transformatorów zasilających sieci niskiego napięcia pracujących w układzie TN lub TT były uziemiane, a rezystancja tych uziemień Rr nie
przekraczała 5 Ω i wartości wynikającej ze wzoru:
gdzie: Rr - rezystancja uziemienia roboczego [Ω],
Iz - prąd zwarcia doziemnego w urządzeniach wyższego napięcia stacji zasilających [A].
W normie N-SEP-E-001 zapisano trzy wymagania odnoszące się do rezystancji uziemień punktów neutralnych sieci.
We wszystkich tych wymaganiach ograniczana jest rezystancja wypadkowa uziemień , a nie jednego uziemiania.
Pierwsze wymaganie: dotyczy wypadkowej rezystancji uziemień RB, których rezystancja wypadkowa nie przekracza
30 Ω (dla każdego uziemienia), znajdujących się wraz z uziemionym przewodem (PEN) na obszarze o średnicy 200 m zakreślonego dookoła stacji (punktu neutralnego). Rezystancja ta powinna spełniać warunek:
a jeżeli rezystywność gruntu jest równa lub większa od 500 Ωm, to wartość 5 Ω można zastąpić wartością ς,min /100.
Są to warunki łagodniejsze od podanych w rozporządzeniu Ministra Przemysłu z dnia 8.10.1990 r., gdyż 5 Ω jest odniesione nie do jednego uziemienia , a do wszystkich znajdujących się na ww. obszarze.
Drugie wymaganie dotyczące uziemienia punktu neutralnego sieci dotyczy wypadkowej rezystancji RB2 wszystkich punktów neutralnych i przewodów PE (PEN). Warunek ten zapisany jest wzorem:
w którym: RE - minimalna rezystancja miedzy przewodem fazowym a ziemią w miejscu zwarcia,
Uo - napięcie znamionowe sieci względem ziemi.
Warunek ten ma zapewnić ograniczenie asymetrii napięć przy zwarciach doziemnych z pominięciem przewodów PE (PEN) i ograniczenie przy takich zwarciach napięcia pojawiającego się na przewodach PE (PEN)
Trzecie wymaganie dotyczy wypadkowej rezystancji RB2 wszystkich punktów neutralnych i przewodów PE (PEN)
IE - prąd uziomowy w stacji, w której powstało zwarcie w urządzeniach wyższego napięcia.
Warunek ten ma zapewnić bezpieczeństwo osób przy urządzeniach niskiego napięcia w przypadku zwarcia doziemnego w urządzeniach wyższego napięcia stacji zasilającej. Warunek ten jest złagodzeniem warunku określonego w rozporządzeniu Ministra Przemysłu z 1990 r., gdyż rozpatrywana rezystancja dotyczy nie jednego uziemienia, a wszystkich równolegle pracujących uziemień: wartość UF jest ≤ 50 V, a prąd IE ≤ Iz.
W sieciach niskiego napięcia pracujących w układzie TN uziemienia punktu neutralnego i przewodów ochronnych PE (PEN) odgrywają ważną rolę w prawidłowej pracy sieci i ochronie przez samoczynne wyłączenie zasilania. Spełniają one następujące zadania:
1) Ograniczają napięcia zakłóceniowe pojawiające się w instalacjach odbiorców, gdy punkty neutralne sieci niskiego
napięcia są przyłączone do uziomów stacji zasilających, a w stacjach tych występują doziemienia wysokiego napięcia.
2) Zapewniają w normalnych warunkach sieci niskiego napięcia, utrzymywanie się potencjału ziemi na przewodach PE
(PEN) i połączonych z nimi częściach przewodzących dostępnych.
3) Ograniczają potencjał przewodów PE (PEN) podczas zwarć doziemnych z pominięciem przewodu ochronnego PE
4) Umożliwiają wyłączenie zasilania podczas zwarć doziemnych, gdy zwarcie doziemne wystąpi na uszkodzonym
przewodzie ochronnym za miejscem jego przerwania.
5) Ograniczają napięcie pojawiające się podczas zwarć doziemnych na przerwanym przewodzie ochronnym i połączonych
z nim częściach przewodzących.
6) Ograniczają napięcie na przewodach PE (PEN) wywołane zwarciami doziemnymi.
W sieciach i instalacjach pracujących w układach TN czas samoczynnego wyłączenia zasilania nie zależy od rezystancji uziemienia.
Uziemienia w sieciach i instalacjach niskiego napięcia pracujących w układach TT i IT mogą pełnić ważna rolę w ochronie przeciwporażeniowej, w ochronie odgromowej i przepięciowej oraz w zapewnieniu właściwej pracy układu.
Uziemienia wykonywane dla ochrony przeciwporażeniowej (uziemienia ochronne RA) są w sieciach TT niezależne od uziemień zapewniających właściwą pracę układu (uziemień ochronno-roboczych RB). W sieciach i instalacjach pracujących w układach sieci TT i IT części przewodzące dostępne są podłączane do uziomów indywidualnych, grupowych lub zbiorowych i nie mają połączenia z punktem neutralnym układu. Prąd zwarcia doziemnego Id (wg PN-IEC 60364-4-41) można obliczyć ze wzoru:
W układach TT dopuszczono, aby napięcie dotykowe pojawiające się na uziemionych częściach przewodzących dostępnych mogło być większe od UL pod warunkiem, że nastąpi samoczynne wyłączenie zasilania uszkodzonego obwodu w czasie uniemożliwiającym wystąpienie porażenia elektrycznego. Zadanie to będzie spełnione niezależnie od wartości rezystancji uziemienia punktu neutralnego sieci RB jeżeli zostanie spełniony warunek:
RA - jest sumą rezystancji uziomu i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych,
Ia - jest prądem powodującym samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego,
UL - napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale:
- 50 V - dla warunków środowiskowych normalnych,
- 25 V i więcej - dla warunków o zwiększonym niebezpieczeństwie.
Urządzeniem ochronnym może być: zabezpieczenie przetężeniowe (bezpiecznik topikowy, wyłącznik nadmiarowy z wyzwalaczem zwarciowym) lub wyłącznik różnicowoprądowy.
W układach IT rezystancja uziemienia części przewodzących dostępnych RA nie powinna przekraczać wartości obliczonej ze wzoru:
RA - jest sumą rezystancji uziomu i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych,
Id - jest prądem pierwszego doziemienia przy pomijalnej impedancji miedzy przewodem fazowym i częścią
UL- napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale:
- 50 V - dla warunków środowiskowych normalnych,
- 25 V i więcej - dla warunków o zwiększonym niebezpieczeństwie.
Spełnienie tego warunku pozwala zawsze ograniczyć napięcia dotykowe do wartości UL i nie wyłączać samoczynnie zasilania. Norma PN-IEC 60364-4-41 wymaga, aby układ IT stosowany w celu kontynuowania zasilania (przy nie stosowaniu urządzeń do samoczynnego wyłączenia zasilania przy pierwszym doziemieniu) był wyposażony w urządzenie kontrolujące stan izolacji (dla wykrycia doziemienia). Zaleca się, aby pierwsze doziemienie było usuwane w możliwie najkrótszym czasie. Utrzymywanie się zbyt długo doziemienia może doprowadzić do powstania zwarcia podwójnego groźnego dla ludzi i urządzeń.
|
