POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW
LABORATORIUM 812
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 3
Badanie środków ochrony przed poraŜeniem elektrycznym.
Badanie środków ochrony przeciwporaŜeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z sieci typu TN
lub TT.
Opracował dr inŜ. M. Kiełboń
Gliwice, luty2014r
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zaznajomienie się z wybranymi środkami ochrony przeciwporaŜeniowej,
zasadami ich działania, sposobami badań i oceny skuteczności ochrony przeciwporaŜeniowej. W niniejszej
instrukcji skrótowo potraktowano wyłącznik RCD ze względu na to Ŝe urządzeniu temu poświęcone jest osobne
ć
wiczenie.
2. Wstęp. PoraŜenie prądem elektrycznym.
PoraŜenie prądem elektrycznym ma miejsce w przypadku przepływu przez ciało człowieka prądu
elektrycznego (prąd raŜeniowy), wywołanego poprzez napięcie robocze sieci, napięcie dotykowe (lub dotykowe
raŜeniowe) lub napięcie krokowe.
Prąd raŜeniowy oznacza się jako I
B
i definiuje jako prąd płynący przez ciało człowieka na drodze „lewa ręka-
stopy” (najczęściej do poraŜeń dochodzi przy dotknięciu części przewodzącej czynnej lub dostępnej
uszkodzonego urządzenia za pomocą jednej ręki, przy czym poraŜenie poprzez rękę lewą jest bardziej
niebezpieczne ze względu na umiejscowienie serca). Prąd ten oddziałuje na serce, układ nerwowy, krew i płyny
ustrojowe. Wydziela ciepło. Reakcja organizmu zaleŜy od wartości i czasu przepływu prądu AC - do 0,5 mA –
Ŝ
adnych reakcji, 10 mA – skurcz mięśni po czasie ok. 2 s, >10 mA – skurcz mięśni po czasie krótszym niŜ 2 s,
30 mA – wartość graniczna, od której pojawia się moŜliwość wystąpienia migotania komór serca, 50 mA –
ś
miertelne zagroŜenie przy długotrwałym przepływie prądu raŜeniowego.
Największy dopuszczalny prąd raŜeniowy (I
B5%
, I
Bp
) – jest to prąd raŜeniowy wywołujący fibrylację
(migotanie) komór serca z prawdopodobieństwem 5%. Migotanie komór polega na nieskoordynowanych
skurczach komór, zwykle 6…13 na sekundę, wskutek czego serce przestaje pełnić funkcję pompy. Ta reakcja
organizmu bez interwencji jest zwykle trwała i po czasie 5..10 minut następują nieodwracalne zmiany w mózgu.
Przy jeszcze większych prądach moŜe wystąpić zatrzymanie pracy serca, zatrzymanie oddechu, elektroliza
płynów organizmu, oparzenia tkanki.
Całkowita impedancja ciała człowieka (Z
B50%
) - impedancja dla drogi prądu „ręka-stopa”, dla
prawdopodobieństwa 50 % wystąpienia mniejszej wartości. Impedancja ciała zaleŜy od przyłoŜonego napięcia i
mieści się w przedziale 1050..2150 Ω dla napięć większych od 80 V. ZaleŜy ona równieŜ od warunków
ś
rodowiskowych, w jakich doszło do poraŜenia. Tzw. warunki środowiskowe I występują, kiedy impedancja
ciała człowieka jest co najmniej równa 1000 Ω (warunki normalne). Warunki środowiskowe II występują kiedy
impedancja ciała człowieka spada poniŜej 1000 Ω (warunki szczególnego zagroŜenia – np. pomieszczenia
wilgotne, mokre lub gorące, z wyziewami Ŝrącymi itp).
Rys. 1. Charakterystyczne napięcia i prądy pojawiające się podczas poraŜenia prądem elektrycznym
Napięcie dotykowe raŜeniowe (rzeczywiste) U
T
– napięcie na ciele człowieka, które moŜe
się pojawić w czasie trwania rzeczywistego zwarcia, wywołane przepływem prądu raŜeniowego.
U
Tp
- największa dopuszczalna wartość napięcia dotykowego raŜeniowego U
T
zaleŜna od czasu trwania zwarcia
doziemnego t
F
.
Napięcie dotykowe U
ST
(napięcie dotykowe spodziewane) – napięcie miedzy równocześnie dostępnymi
częściami przewodzącymi, kiedy części te nie są dotykane przez człowieka.
U
STp
- największa dopuszczalna wartość napięcia dotykowego spodziewanego.
Część czynna – przewód lub inna część przewodząca przeznaczona do pracy pod napięciem roboczym. Częścią
czynną są przewody fazowe (liniowe) i przewód neutralny N, a nie jest częścią czynną przewód PEN i PE.
Część przewodząca dostępna – część przewodząca urządzenia elektrycznego nie będąca częścią czynną, która
moŜe być dotknięta i która moŜe znaleźć się pod napięciem tylko w następstwie uszkodzenia izolacji (stałej lub
gazowej) urządzenia.
Część przewodząca obca – dostępna dla dotyku część przewodząca, nie będąca częścią urządzenia
elektrycznego, która moŜe się znaleźć pod określonym potencjałem, zazwyczaj pod potencjałem ziemi.
Stopień poraŜenia człowieka prądem elektrycznym jest zaleŜny od:
-
rodzaju prądu raŜeniowego (stały, zmienny, przy czym zmienny jest bardziej niebezpieczny),
-
wartości natęŜenia prądu raŜeniowego,
-
czasu przepływu prądu raŜeniowego,
-
drogi przepływu prądu raŜeniowego.
Do oszacowania dopuszczalnych wartości czasu trwania poraŜenia, napięć i prądów rdzeniowych przyjmuje się
sytuację poraŜenia na drodze lewa ręka – stopa (rys. 1), albo lewa ręka- prawa ręka. Ta pierwsza występuje
częściej, natomiast ta druga zwiększa prawdopodobieństwo przepływu prądu w bezpośredniej bliskości mięśnia
sercowego.
3. Podstawowe zadania i środki ochrony przeciwporaŜeniowej.
Podstawowym zadaniem ochrony przeciwporaŜeniowej jest niedopuszczenie do przepływu przez
człowieka prądu raŜeniowego (czyli zminimalizowanie prawdopodobieństwa poraŜenia), a jeśli juŜ taki
przepływ wystąpi, to ochrona przeciwporaŜeniowa ma za zadanie ograniczyć wartość tego prądu lub/i czas jego
przepływu.
Realizację tych zadań uzyskuje się przez dobór odpowiednich środków ochrony przeciwporaŜeniowej. Obecnie
obowiązujące normy (PN-HD 60364-4-41:2009P oraz N-SEP-0001:2012) wprowadzają następujące środki
ochrony przed poraŜeniem elektrycznym:
a)
R
R
ó
ó
w
w
n
n
o
o
c
c
z
z
e
e
s
s
n
n
a
a
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
a
a
p
p
o
o
d
d
s
s
t
t
a
a
w
w
o
o
w
w
a
a
i
i
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
a
a
p
p
r
r
z
z
y
y
u
u
s
s
z
z
k
k
o
o
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
u
u
(
(
d
d
a
a
w
w
n
n
i
i
e
e
j
j
:
:
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
a
a
p
p
r
r
z
z
e
e
d
d
d
d
o
o
t
t
y
y
k
k
i
i
e
e
m
m
b
b
e
e
z
z
p
p
o
o
ś
ś
r
r
e
e
d
d
n
n
i
i
m
m
i
i
p
p
o
o
ś
ś
r
r
e
e
d
d
n
n
i
i
m
m
)
)
.
.
J
J
e
e
s
s
t
t
t
t
o
o
:
:
-
-
O
O
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
a
a
p
p
o
o
l
l
e
e
g
g
a
a
j
j
ą
ą
c
c
a
a
n
n
a
a
z
z
a
a
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
u
u
b
b
a
a
r
r
d
d
z
z
o
o
n
n
i
i
s
s
k
k
i
i
e
e
g
g
o
o
n
n
a
a
p
p
i
i
ę
ę
c
c
i
i
a
a
S
S
E
E
L
L
V
V
i
i
P
P
E
E
L
L
V
V
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
w
w
e
e
w
w
s
s
z
z
y
y
s
s
t
t
k
k
i
i
c
c
h
h
s
s
y
y
t
t
u
u
a
a
c
c
j
j
a
a
c
c
h
h
(
(
P
P
O
O
W
W
S
S
Z
Z
E
E
C
C
H
H
N
N
Y
Y
)
)
Ś
Ś
r
r
o
o
d
d
e
e
k
k
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
y
y
t
t
e
e
c
c
h
h
n
n
i
i
c
c
z
z
n
n
i
i
e
e
u
u
z
z
y
y
s
s
k
k
u
u
j
j
e
e
s
s
i
i
ę
ę
,
,
p
p
o
o
p
p
r
r
z
z
e
e
z
z
z
z
a
a
s
s
i
i
l
l
a
a
n
n
i
i
e
e
o
o
b
b
w
w
o
o
d
d
u
u
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
i
i
o
o
n
n
e
e
g
g
o
o
z
z
a
a
p
p
o
o
ś
ś
r
r
e
e
d
d
n
n
i
i
c
c
t
t
w
w
e
e
m
m
t
t
r
r
a
a
n
n
s
s
f
f
o
o
r
r
m
m
a
a
t
t
o
o
r
r
a
a
b
b
e
e
z
z
p
p
i
i
e
e
c
c
z
z
e
e
ń
ń
s
s
t
t
w
w
a
a
l
l
u
u
b
b
i
i
n
n
n
n
e
e
g
g
o
o
r
r
ó
ó
w
w
n
n
o
o
w
w
a
a
Ŝ
Ŝ
n
n
e
e
g
g
o
o
ź
ź
r
r
ó
ó
d
d
ł
ł
a
a
n
n
a
a
p
p
i
i
ę
ę
c
c
i
i
a
a
o
o
w
w
a
a
r
r
t
t
o
o
ś
ś
c
c
i
i
u
u
z
z
n
n
a
a
n
n
e
e
j
j
z
z
a
a
b
b
e
e
z
z
p
p
i
i
e
e
c
c
z
z
n
n
ą
ą
(
(
w
w
p
p
r
r
z
z
y
y
p
p
a
a
d
d
k
k
u
u
o
o
b
b
w
w
o
o
d
d
ó
ó
w
w
p
p
r
r
ą
ą
d
d
u
u
p
p
r
r
z
z
e
e
m
m
i
i
e
e
n
n
n
n
e
e
g
g
o
o
n
n
a
a
p
p
i
i
ę
ę
c
c
i
i
e
e
b
b
e
e
z
z
p
p
i
i
e
e
c
c
z
z
n
n
e
e
n
n
i
i
e
e
m
m
o
o
Ŝ
Ŝ
e
e
p
p
r
r
z
z
e
e
k
k
r
r
a
a
c
c
z
z
a
a
ć
ć
5
5
0
0
V
V
w
w
a
a
r
r
u
u
n
n
k
k
a
a
c
c
h
h
n
n
o
o
r
r
m
m
a
a
l
l
n
n
y
y
c
c
h
h
i
i
2
2
5
5
V
V
w
w
w
w
a
a
r
r
u
u
n
n
k
k
a
a
c
c
h
h
s
s
z
z
c
c
z
z
e
e
g
g
ó
ó
l
l
n
n
e
e
g
g
o
o
z
z
a
a
g
g
r
r
o
o
Ŝ
Ŝ
e
e
n
n
i
i
a
a
)
)
b
b
)
)
Ś
Ś
r
r
o
o
d
d
k
k
i
i
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
y
y
p
p
o
o
d
d
s
s
t
t
a
a
w
w
o
o
w
w
e
e
j
j
:
:
-
-
I
I
z
z
o
o
l
l
a
a
c
c
j
j
a
a
c
c
z
z
ę
ę
ś
ś
c
c
i
i
c
c
z
z
y
y
n
n
n
n
y
y
c
c
h
h
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
W
W
S
S
Z
Z
E
E
C
C
H
H
N
N
Y
Y
(
(
c
c
z
z
y
y
l
l
i
i
w
w
s
s
y
y
t
t
u
u
a
a
c
c
j
j
a
a
c
c
h
h
,
,
k
k
i
i
e
e
d
d
y
y
z
z
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
i
i
o
o
n
n
e
e
g
g
o
o
u
u
r
r
z
z
ą
ą
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
a
a
m
m
o
o
g
g
ą
ą
k
k
o
o
r
r
z
z
y
y
s
s
t
t
a
a
ć
ć
o
o
s
s
o
o
b
b
y
y
n
n
i
i
e
e
p
p
o
o
i
i
n
n
s
s
t
t
r
r
u
u
o
o
w
w
a
a
n
n
e
e
i
i
n
n
i
i
e
e
p
p
r
r
z
z
e
e
s
s
z
z
k
k
o
o
l
l
o
o
n
n
e
e
w
w
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
i
i
e
e
B
B
H
H
P
P
p
p
r
r
z
z
y
y
p
p
r
r
a
a
c
c
y
y
z
z
u
u
r
r
z
z
ą
ą
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
a
a
m
m
i
i
e
e
l
l
e
e
k
k
t
t
r
r
y
y
c
c
z
z
n
n
y
y
m
m
i
i
)
)
-
-
o
o
g
g
r
r
o
o
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
a
a
,
,
o
o
b
b
u
u
d
d
o
o
w
w
y
y
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
W
W
S
S
Z
Z
E
E
C
C
H
H
N
N
Y
Y
.
.
U
U
w
w
a
a
g
g
a
a
.
.
O
O
g
g
r
r
o
o
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
a
a
i
i
o
o
b
b
u
u
d
d
o
o
w
w
y
y
n
n
i
i
e
e
m
m
o
o
g
g
ą
ą
d
d
a
a
ć
ć
s
s
i
i
ę
ę
u
u
s
s
u
u
n
n
ą
ą
ć
ć
w
w
ł
ł
a
a
t
t
w
w
y
y
s
s
p
p
o
o
s
s
ó
ó
b
b
,
,
t
t
o
o
z
z
n
n
a
a
c
c
z
z
y
y
b
b
e
e
z
z
u
u
Ŝ
Ŝ
y
y
c
c
i
i
a
a
s
s
p
p
e
e
c
c
j
j
a
a
l
l
n
n
e
e
g
g
o
o
k
k
l
l
u
u
c
c
z
z
a
a
l
l
u
u
b
b
i
i
n
n
n
n
e
e
g
g
o
o
s
s
p
p
e
e
c
c
j
j
a
a
l
l
n
n
e
e
g
g
o
o
n
n
a
a
r
r
z
z
ę
ę
d
d
z
z
i
i
a
a
.
.
-
-
b
b
a
a
r
r
i
i
e
e
r
r
y
y
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
T
T
Y
Y
L
L
K
K
O
O
G
G
D
D
Y
Y
J
J
E
E
S
S
T
T
W
W
Y
Y
K
K
W
W
A
A
L
L
I
I
F
F
I
I
K
K
O
O
W
W
A
A
N
N
A
A
L
L
U
U
B
B
P
P
R
R
Z
Z
E
E
S
S
Z
Z
K
K
O
O
L
L
O
O
N
N
A
A
O
O
B
B
S
S
Ł
Ł
U
U
G
G
A
A
(
(
w
w
n
n
a
a
s
s
t
t
ę
ę
p
p
n
n
y
y
c
c
h
h
p
p
r
r
z
z
y
y
k
k
ł
ł
a
a
d
d
a
a
c
c
h
h
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
t
t
e
e
n
n
o
o
p
p
i
i
s
s
a
a
n
n
y
y
j
j
e
e
s
s
t
t
j
j
a
a
k
k
o
o
P
P
O
O
D
D
N
N
A
A
D
D
Z
Z
O
O
R
R
E
E
M
M
)
)
n
n
a
a
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
i
i
o
o
n
n
y
y
m
m
s
s
t
t
a
a
n
n
o
o
w
w
i
i
s
s
k
k
u
u
.
.
B
B
a
a
r
r
i
i
e
e
r
r
y
y
w
w
o
o
d
d
r
r
ó
ó
Ŝ
Ŝ
n
n
i
i
e
e
n
n
i
i
u
u
o
o
d
d
o
o
g
g
r
r
o
o
d
d
z
z
e
e
ń
ń
d
d
a
a
j
j
ą
ą
s
s
i
i
ę
ę
ł
ł
a
a
t
t
w
w
o
o
u
u
s
s
u
u
w
w
a
a
ć
ć
,
,
o
o
b
b
e
e
j
j
ś
ś
ć
ć
l
l
u
u
b
b
p
p
r
r
z
z
e
e
m
m
i
i
e
e
s
s
z
z
c
c
z
z
a
a
ć
ć
.
.
-
-
u
u
m
m
i
i
e
e
s
s
z
z
c
c
z
z
e
e
n
n
i
i
e
e
p
p
o
o
z
z
a
a
z
z
a
a
s
s
i
i
ę
ę
g
g
i
i
e
e
m
m
r
r
ę
ę
k
k
i
i
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
T
T
Y
Y
L
L
K
K
O
O
G
G
D
D
Y
Y
J
J
E
E
S
S
T
T
W
W
Y
Y
K
K
W
W
A
A
L
L
I
I
F
F
I
I
K
K
O
O
W
W
A
A
N
N
A
A
L
L
U
U
B
B
P
P
R
R
Z
Z
E
E
S
S
Z
Z
K
K
O
O
L
L
O
O
N
N
A
A
O
O
B
B
S
S
Ł
Ł
U
U
G
G
A
A
n
n
a
a
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
i
i
o
o
n
n
y
y
m
m
s
s
t
t
a
a
n
n
o
o
w
w
i
i
s
s
k
k
u
u
-
U
U
z
z
u
u
p
p
e
e
ł
ł
n
n
i
i
a
a
j
j
ą
ą
c
c
a
a
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
a
a
p
p
o
o
d
d
s
s
t
t
a
a
w
w
o
o
w
w
a
a
:
:
w
w
y
y
ł
ł
ą
ą
c
c
z
z
n
n
i
i
k
k
i
i
R
R
C
C
D
D
o
o
p
p
r
r
ą
ą
d
d
z
z
i
i
e
e
z
z
a
a
d
d
z
z
i
i
a
a
ł
ł
a
a
n
n
i
i
a
a
d
d
o
o
3
3
0
0
m
m
A
A
c
c
)
)
Ś
Ś
r
r
o
o
d
d
k
k
i
i
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
y
y
p
p
r
r
z
z
y
y
u
u
s
s
z
z
k
k
o
o
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
u
u
:
:
-
-
s
s
a
a
m
m
o
o
c
c
z
z
y
y
n
n
n
n
e
e
w
w
y
y
ł
ł
ą
ą
c
c
z
z
e
e
n
n
i
i
e
e
z
z
a
a
s
s
i
i
l
l
a
a
n
n
i
i
a
a
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
W
W
S
S
Z
Z
E
E
C
C
H
H
N
N
Y
Y
w
w
s
s
i
i
e
e
c
c
i
i
a
a
c
c
h
h
T
T
N
N
,
,
T
T
T
T
,
,
-
-
u
u
r
r
z
z
ą
ą
d
d
z
z
e
e
n
n
i
i
a
a
I
I
I
I
k
k
l
l
a
a
s
s
y
y
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
n
n
o
o
ś
ś
c
c
i
i
(
(
i
i
z
z
o
o
l
l
a
a
c
c
j
j
a
a
p
p
o
o
d
d
w
w
ó
ó
j
j
n
n
a
a
l
l
u
u
b
b
w
w
z
z
m
m
o
o
c
c
n
n
i
i
o
o
n
n
a
a
)
)
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
W
W
S
S
Z
Z
E
E
C
C
H
H
N
N
Y
Y
,
,
-
-
s
s
e
e
p
p
a
a
r
r
a
a
c
c
j
j
a
a
e
e
l
l
e
e
k
k
t
t
r
r
y
y
c
c
z
z
n
n
a
a
j
j
e
e
d
d
n
n
e
e
g
g
o
o
o
o
d
d
b
b
i
i
o
o
r
r
n
n
i
i
k
k
a
a
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
P
P
O
O
W
W
S
S
Z
Z
E
E
C
C
H
H
N
N
Y
Y
,
,
-
-
s
s
e
e
p
p
a
a
r
r
a
a
c
c
j
j
a
a
e
e
l
l
e
e
k
k
t
t
r
r
y
y
c
c
z
z
n
n
a
a
w
w
i
i
ę
ę
c
c
e
e
j
j
n
n
i
i
Ŝ
Ŝ
j
j
e
e
d
d
n
n
e
e
g
g
o
o
o
o
d
d
b
b
i
i
o
o
r
r
n
n
i
i
k
k
a
a
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
D
D
N
N
A
A
D
D
Z
Z
O
O
R
R
E
E
M
M
,
,
-
-
i
i
z
z
o
o
l
l
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
e
e
s
s
t
t
a
a
n
n
o
o
w
w
i
i
s
s
k
k
a
a
,
,
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
D
D
N
N
A
A
D
D
Z
Z
O
O
R
R
E
E
M
M
,
,
-
-
n
n
i
i
e
e
u
u
z
z
i
i
e
e
m
m
i
i
o
o
n
n
e
e
p
p
o
o
ł
ł
ą
ą
c
c
z
z
e
e
n
n
i
i
a
a
w
w
y
y
r
r
ó
ó
w
w
n
n
a
a
w
w
c
c
z
z
e
e
m
m
i
i
e
e
j
j
s
s
c
c
o
o
w
w
e
e
:
:
z
z
a
a
k
k
r
r
e
e
s
s
s
s
t
t
o
o
s
s
o
o
w
w
a
a
n
n
i
i
a
a
:
:
P
P
O
O
D
D
N
N
A
A
D
D
Z
Z
O
O
R
R
E
E
M
M
,
,
-
Ś
Ś
r
r
o
o
d
d
e
e
k
k
o
o
c
c
h
h
r
r
o
o
n
n
y
y
u
u
z
z
u
u
p
p
e
e
ł
ł
n
n
i
i
a
a
j
j
ą
ą
c
c
e
e
j
j
:
:
P
P
O
O
Ł
Ł
A
A
C
C
Z
Z
E
E
N
N
I
I
A
A
W
W
Y
Y
R
R
Ó
Ó
W
W
N
N
A
A
W
W
C
C
Z
Z
E
E
G
G
Ł
Ł
Ó
Ó
W
W
N
N
E
E
W warunkach laboratoryjnych ćwiczenie z ochrony przeciwporaŜeniowej obejmuje badanie ochrony przez
samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach TN i TT oraz badanie ochrony przez izolację stanowiska
4. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci typu TN
W sieciach typu TN (rys. 2.) zagroŜenie poraŜeniowe moŜe wystąpić w przypadku dotknięcia
(celowego lub przypadkowego) części przewodzącej czynnej lub w przypadku pojawienia się napięcia na
częściach przewodzących dostępnych w czasie awarii elementu instalacji elektrycznej. Ochrona przez
dostatecznie szybkie wyłączenie ma przede wszystkim za zadanie skrócić czas przepływu prądu raŜeniowego w
przypadku wystąpienia poraŜenia. Maksymalne czasy przepływu prądu raŜeniowego w warunkach normalnych,
w obwodach TN i TT zawarte są w tabeli 1.
W warunkach szczególnego zagroŜenia mogą być wymagane krótsze czasy wyłączeń. Warunki
szczególnego zagroŜenia omówione są w normie PN-HD 60364-7. W Przepisach Budowy Urządzeń
Elektroenergetycznych (obecnie niebowiązujące -zastąpione przez normę PN-HD 60364-7) czasy wyłączeń w
warunkach szczególnego zagroŜenia przyjmowano jako czasy o połowę krótsze od czasów w warunkach
normalnych.
Tabela 1. Dopuszczalne czasy wyłączenia w układach TN i TT
Układ sieci a.c.
50<U
0
≤≤≤≤
120V
120<U
0
≤≤≤≤
230V
230<U
0
≤≤≤≤
400V
U
0
>400V
TN
0,8s
0,4s
0,2s
0,1s
TT
0,3s
0,2s
0,07s
0,04s
Uwagi
1. Maksymalne czasy wyłączenia podane w tabeli powinny być stosowane do obwodów odbiorczych o prądzie
znamionowym nieprzekraczającym 32 A, z których zasilane są bezpośrednio lub poprzez gniazda wtyczkowe
urządzenia I klasy ochronności łatwo dostępne, ręczne lub/i przenośne, przeznaczone do ręcznego
przemieszczania podczas uŜytkowania.
2. JeŜeli w układzie sieci TT wyłączenie jest realizowane przez zabezpieczenia nadprądowe, a połączenia
wyrównawcze ochronne są przyłączone do wszystkich dostępnych części przewodzących w obrębie
instalacji, to mogą być stosowane maksymalne czasy wyłączenia właściwe dla układu sieci TN.
3. W układach sieci TN czas wyłączenia nieprzekraczający 5 s jest dopuszczony w obwodach rozdzielczych i w
obwodach niewymienionych w pkt. 1.
4. W układach sieci TT czas wyłączenia nieprzekraczający 1 s jest dopuszczony w obwodach rozdzielczych i w
obwodach niewymienionych w pkt. 1.
5. JeŜeli samoczynne wyłączenie zasilania nie moŜe być uzyskane we właściwym czasie, to powinny
być zastosowane dodatkowe połączenia wyrównawcze ochronne.
a)
b)
c)
Rys. 2. Droga przepływu prądu raŜeniowego w sieciach typu TN
Na rysunku 2 przedstawiono przypadek uszkodzenia izolacji jednofazowego odbiornika I klasy ochronności
włączonego do sieci typu TN (odpowiednio: rys. 2a – sieć TN-C-S, rys. 2b) – sieć typu TN-S (typowy przypadek
instalacji odbiorczej), rys. 2c) – sieć typu TN-C). W sieciach typu TN prąd raŜeniowy jest częścią prądu
zwarciowego, przy czym większa część prądu zwarciowego zamyka się przez metaliczną pętlę zwarcia. Prąd
zwarciowy ma duŜą wartość, w związku z tym moŜe skutecznie pobudzić zabezpieczenia zarówno nadprądowe,
jak i róŜnicowoprądowe. Oczywiście zaleŜy to od tego, czy mamy do czynienia ze zwarciem przez impedancję
czy tez czystym, metalicznym zwarciem.
Wartość prądu zwarciowego w przypadku jednofazowego zwarcia w instalacji odbiorczej (najczęstszy
przypadek, dodatkowo zakłada się zwarcie metaliczne) moŜna w przybliŜeniu określić ze wzoru:
pf
PE
L
T
PE
L
T
k
Z
U
R
R
R
X
X
X
U
I
0
2
2
0
1
)
(
)
(
"
=
+
+
+
+
+
=
, gdzie:
(1)
X
T
– reaktancja transformatora zasilającego;
X
L
– reaktancja przewodu fazowego;
X
PE
– reaktancja przewodu ochronnego (PEN w sieci TN-C i PE w sieci TN-S);
R
T
– rezystancja transformatora zasilającego;
R
L
– rezystancja przewodu fazowego;
R
PE
– rezystancja przewodu ochronnego (PEN w sieci TN-C i PE w sieci TN-S);
U
0
– napięcie znamionowe fazowe sieci (napięcie przewodu skrajnego względem ziemi).
W praktyce, w sieciach i instalacjach odbiorczych niskiego napięcia, przyjmuje się, Ŝe wartość
rezystancji przewodów jest tak duŜa, Ŝe składowe bierne impedancji pętli zwarcia moŜna pominąć. Wyjątkiem
są bardzo krótkie sieci i instalacje w pobliŜu transformatora zasilającego.
NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe we wzorze (1) nie występuje rezystancja ani ciała człowieka, ani uziemień i
przejść stopa – ziemia odniesienia. Wpływ tych rezystancji na prąd zwarciowy jest mały ze względu na ich
wartość (znacznie powyŜej 1k
Ω
) w stosunku do wartości rezystancji przewodu PE lub PEN.
Przekrój przewodów ochronnych w instalacjach nN nie powinien być mniejszy aniŜeli podany w tabeli
2, przy czym rzadkie są przypadki wykonywania przewodów ochronnych z innego materiału aniŜeli przewodów
fazowych.
Tabela 2. Minimalny przekrój przewodów ochronnych wykonanych z tego samego materiału co przewody
fazowe, wg. PH-HD 60364-5-54
Przekrój przewodu fazowego w
mm
2
Przekrój przewodu ochronnego z
tego samego materiału co przewód
fazowy w mm
2
Uwagi
s
≤
16
s
16<s
≤
35
16
s>35
s/2
NaleŜy pamiętać Ŝe przewód PEN
jest przewodem roboczym i o
przekroju decydować mogą inne
kryteria jego doboru
W przypadku gdy przewód ochronny nie jest z tego samego materiału co przewód fazowy, naleŜy zastosować
odpowiednie współczynniki korekcyjne
Przy załoŜeniu, Ŝe przewody fazowe mają taki sam przekrój jak ochronne i pominięciu parametrów
transformatora (długa sieć), moŜna w przybliŜeniu oszacować wartość napięcia dotykowego spodziewanego i
prądu raŜeniowego.
Napięcie dotykowe spodziewane wyniesie:
2
2
"
0
0
0
1
U
R
R
U
R
R
R
R
U
R
I
U
PE
PE
PE
PE
L
T
PE
k
ST
=
≈
+
+
=
⋅
=
(2)
Natomiast prąd raŜeniowy wyniesie w przybliŜeniu:
mA
R
R
U
R
R
U
I
A
c
A
c
ST
B
115
)
5
1000
(
2
230
)
(
2
0
≈
+
≈
+
=
+
=
Przy obliczeniu tego prądu przyjęto załoŜenie, Ŝe rezystancja ciała człowieka wynosi R
c
=1000
Ω
, rezystancja
uziemienia ochronno-roboczego (pod transformatorem) wynosi 5
Ω
, natomiast rezystancja przejścia stopa –
ziemia odniesienia jest pomijalnie mała (np. człowiek boso stojący w kałuŜy wody). Wartość tego prądu jest
niebezpieczna i sieć powinna być wyłączona w dostatecznie krótkim czasie. W rzeczywistości przewód PE lub
PEN w sieciach TN powinien być wielokrotnie uziemiony (warunek ten powoduje, Ŝe w przypadku zerwania
przewodu PE lub PEN ochrona przeciwporaŜeniowa w dalszym ciągu jest w stanie odłączyć zasilanie), przez co
wypadkowa rezystancja uziemienia ochronno-roboczego jest mniejsza niŜ 5
Ω
.
Działanie ochrony przeciwporaŜeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na tym, Ŝe prąd
zwarciowy (nie raŜeniowy) pobudza zabezpieczenie sieci lub instalacji elektrycznej (nadprądowe lub
róŜnicowoprądowe). Czas wyłączenia tego zabezpieczenia zaleŜy od jego charakterystyki czasowo-prądowej.
Charakterystyki czasowo-prądowe wybranych zabezpieczeń przedstawiają rysunki 3,4,5.
Rys. 3. Charakterystyki czasowo-prądowe bezpieczników topikowych klasy gL
Rys. 4. Charakterystyki czasowo- prądowe instalacyjnych wyłaczników samoczynnych typu S
Rys. 5. Przykładowe charakterystyki wyłączników róŜnicowo-prądowych
Ochronę przeciwporaŜeniową poprzez samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach TN uwaŜa się za skuteczną
jeŜeli prąd zwarcia jednofazowego powstałego w najbardziej niekorzystnych warunkach (na końcu obwodu
chronionego o największej impedancji pętli zwarcia) jest na tyle duŜy, Ŝe zdoła wywołać zadziałanie
zabezpieczenia chroniącego dany obwód w czasie nie dłuŜszym niŜ opisany w tabeli 2. Zatem warunek
skuteczności opisany wzorem jest następujący:
a
pf
I
U
Z
0
≤
, gdzie:
(3)
Z
pf
– impedancja pętli zwarcia;
U
0
– napięcie przewodu skrajnego względem ziemi;
I
a
– prąd, przy którym nastapi dostatecznie szybkie wyłączenie zasilania; prąd ten odczytany jest z
charakterystyki zabezpieczenia.
5. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci typu TT
Ochronę przeciwporaŜeniową przez samoczynne wyłączenie w sieci typu TT osiąga się, stosując
pojedyncze, grupowe lub zbiorowe uziemienie części przewodzących dostępnych odbiorników. Przewód N w
sieci typu TT nie stanowi przewodu ochronnego, w sieci tej moŜliwe jest stosowanie jako urządzeń
zabezpieczających wyłączników róŜnicowo-prądowych (w sieciach TN moŜliwe jest to w sieciach typu TN-S,
ew. TN-C-S). Przykładowy schemat instalacji odbiorczej w układzie typu TT przedstawia rysunek 6.
Rys. 6. Droga przepływu prądu raŜeniowego w sieciach typu TT
Łatwo zauwaŜyć, Ŝe w tym przypadku prąd zwarciowy zaleŜy od impedancji transformatora, rezystancji
uziemienia roboczego R
A
, rezystancji uziemienia ochronnego R
B
i impedancji przewodu fazowego. W
przypadku uszkodzenia odbiornika, prąd zwarciowy, przy załoŜeniach podobnych jak dla sieci TN, wyniesie:
pf
A
B
L
T
A
B
L
T
L
T
k
Z
U
R
R
R
R
U
R
R
R
R
X
X
U
I
0
0
2
2
0
1
)
(
)
(
"
=
+
+
+
≈
+
+
+
+
+
=
,
(4)
zaś napięcie dotykowe spodziewane:
B
A
B
L
T
B
k
ST
R
R
R
R
R
U
R
I
U
+
+
+
=
⋅
=
0
1
"
(5)
Zatem, ochrona przeciwporaŜeniowa w sieci typu TT moŜe działać na dwa sposoby:
-
długotrwale obniŜać podczas zwarć małoprądowych wartość napięcia dotykowego spodziewanego do
wartości uznanej za bezpieczna lub niŜszej (do 50V)
-
spowodować zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego lun róŜnicowo-prądowego w czasie opisanym w
tabeli 2, jeśli napięcie U
ST
przekroczy bezpieczną wartość.
Oba sposoby są wykorzystywane w praktyce, przy czym norma PN-HD 60364-4-41:2009P przewiduje dwa
warianty warunków skuteczności działania tej ochrony. Dla sieci z zabezpieczeniami nadprądowymi obowiązuje
warunek:
a
pf
I
U
Z
0
≤
, gdzie:
(6)
Z
pf
– impedancja pętli zwarcia;
U
0
– napięcie przewodu skrajnego względem ziemi;
I
a
– prąd, przy którym nastąpi dostatecznie szybkie wyłączenie zasilania; prąd ten odczytany jest z
charakterystyki zabezpieczenia.
Jest to warunek identyczny jak w przypadku sieci TN. Impedancję pętli zwarcia mierzy się pomiędzy
zaciskiem PE a zaciskiem fazowym danego odbiornika.
W sieci TT z zabezpieczeniem róznicowo-prądowym obowiązuje warunek:
a
L
B
I
U
R
≤
, gdzie:
(7)
U
L
– napięcie bezpieczne.
Innymi słowy, w instalacji typu TT zezwala się na długotrwały czas przepływu prądu zwarcia
jednofazowego, pod warunkiem jednak, Ŝe prąd ten nie wywoła zagroŜenia poraŜeniowego.
6. Ochrona przeciwporaŜeniowa za pomocą izolacji stanowiska
Ochronę poprzez izolację stanowiska realizuje się poprzez umieszczenie na chronionym stanowisku
pracy warstwy gumy lub innego materiału izolacyjnego w taki sposób, aby uniemoŜliwić przepływ prądu z
uszkodzonego odbiornika do podłoŜa. Ten sposób ochrony nie jest związany z konkretnym typem sieci. Ideę
izolowania stanowiska przedstawia rys. 7.
Rys. 7. Izolacja stanowiska uniemoŜliwiająca przepływ prądu raŜeniowego do podłoŜa
Sprawdzenie (pomiar) rezystancji izolacji stanowiska moŜna dokonać za pomocą jednego woltomierza
(rys. 8.)
Rys. 8. Układ do pomiaru rezystancji izolacji stanowiska: 1. – podłoŜe, 2. – nawierzchnia, 3.- zwilŜona tkanina,
4. – blacha lub folia metalowa, 5. –płyta izolacyjna z obciąŜeniem
Pomiarów dokonuje się w następujący sposób: mierzy się napięcie przewodu skrajnego sieci względem zacisku
na folii metalowej elektrody probierczej (napięcie U
1
), następnie mierzy się napięcie tego samego przewodu
skrajnego względem dobrze uziemionego punktu R
p
(U
2
). Rezystancję izolacji stanowiska moŜna wyznaczyć ze
wzoru:
1
1
2
)
(
U
U
U
R
R
V
st
−
=
, gdzie:
(8)
R
V
– rezystancja wewnętrzna woltomierza.
7. Sposób przeprowadzania pomiarów i oceny skuteczności ochrony przeciwporaŜeniowej przez
samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach TN i TT
W stanowisku modelowym znajduje się wyprowadzenie sieci trójfazowej z wyprowadzonymi
zaciskami L1, L2, L3, N, PE oraz zacisk uziemiający. UmoŜliwia to symulację sieci typu TN-S oraz TT.
Pomiar przeprowadza się w układzie pomiarowym jak na rys. 9
Rys. 9. Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą techniczną w modelowej sieci TN i TT
Układ pomiarowy do pomiaru metodą techniczną składa się z amperomierza, woltomierza, rezystora
probierczego i wyłącznika W. W pierwszej kolejności naleŜy układ podłączyć pomiędzy zacisk przewodu
fazowego L (dowolnego) oraz ochronnego PE. Zmierzyć napięcie U
1
przy otwartym wyłączniku W. Następnie
zewrzeć wyłącznik i odczytać wynik pomiaru napięcia U
2
i prąd sztucznego zwarcia I. Impedancję pętli zwarcia
(składowa czynną) moŜna obliczyć z wzoru:
I
U
U
Z
pf
2
1
−
=
(9)
Pomiary powtórzyć dla pętli zwarcia tworzonej przez kaŜdy przewód fazowy i przewód PE z osobna.
Następnie, zamiast układu do pomiaru metodą techniczną do sieci podłącza się dedykowany przyrząd do
pomiaru impedancji pętli zwarcia (MOZ, MZC, MPI itp), wskazany przez prowadzącego ćwiczenie. Pomiary
powtarza się.
Po przeprowadzeniu pomiarów w sieci TN zacisk układu pomiarowego połączony dotychczas z
zaciskiem PE sieci przełącza się na zacisk uziemiający sieci, tworząc w ten sposób układ do pomiaru pętli
zwarcia w modelowej sieci TT. Pomiary powtarza się jak poprzednio, metodą techniczną i miernikiem
dedykowanym.
Ocenę skuteczności ochrony przeciwporaŜeniowej przeprowadza się po podaniu przez prowadzącego
typu i rodzaju zabezpieczenia w badanej sieci. Na podstawie uzyskanych wyników naleŜy oszacować prąd
zwarcia jednofazowego, z charakterystyk zabezpieczeń odczytać czas wyłączenia i na podstawie tabeli 1
stwierdzić, czy w danym układzie sieciowym ochrona z wykorzystaniem rozpatrywanego zabezpieczenia jest
skuteczna. Dodatkowo, w sieci TT naleŜy wyznaczyć maksymalna dopuszczalna rezystancję uziemienia
ochronnego dla przypadku, kiedy urządzeniem zabezpieczającym jest wyłącznik róznicowo-prądowy (parametry
i charakterystykę wskaŜe prowadzący).
8. Pytania kontrolne
8.1. Wyjaśnić pojęcia: napięcie dotykowe spodziewane, napięcie dotykowe raŜeniowe, prąd raŜeniowy
8.2. Wyjaśnić zasadę działania środków ochrony przeciwporaŜeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania
w sieciach TT i TN
8.3. W jakich przypadkach w sieciach TT uszkodzenie moŜe utrzymywać się długotrwale, nie powodując
negatywnych skutków pod względem ochrony przeciwporaŜeniowej?
8.4. Wymienić podstawowe ZADANIA ochrony przeciwporaŜeniowej
8.5. W jaki sposób przeprowadza się pomiary impedancji pętli zwarcia w instalacjach chronionych przez
wyłącznik róŜnicowo-prądowy?
8.6. Czy w przypadku przerwania przewodu PE lub PEN w sieci nN ochrona przez dostatecznie szybkie
wyłączenie zasilania będzie skuteczna? Dlaczego?
8.9. Dlaczego mimo stosowania wyłączników róŜnicowoprądowych w instalacji stosuje się jeszcze
zabezpieczenie nadprądowe?