POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW

LABORATORIUM 812

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 3

Badanie środków ochrony przed porażeniem elektrycznym.

Badanie środków ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z sieci typu TN

lub TT.

Opracował dr inż. M. Kiełboń

Gliwice, luty2014r

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zaznajomienie się z wybranymi środkami ochrony przeciwporażeniowej,

zasadami ich działania, sposobami badań i oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej. W niniejszej
instrukcji skrótowo potraktowano wyłącznik RCD ze względu na to że urządzeniu temu poświęcone jest osobne
ć

wiczenie.

2. Wstęp. Porażenie prądem elektrycznym.

Porażenie prądem elektrycznym ma miejsce w przypadku przepływu przez ciało człowieka prądu

elektrycznego (prąd rażeniowy), wywołanego poprzez napięcie robocze sieci, napięcie dotykowe (lub dotykowe
rażeniowe) lub napięcie krokowe.
Prąd rażeniowy oznacza się jako I

B

i definiuje jako prąd płynący przez ciało człowieka na drodze „lewa ręka-

stopy” (najczęściej do porażeń dochodzi przy dotknięciu części przewodzącej czynnej lub dostępnej
uszkodzonego urządzenia za pomocą jednej ręki, przy czym porażenie 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 zależy od wartości i czasu przepływu prądu AC - do 0,5 mA –
ż

adnych reakcji, 10 mA – skurcz mięśni po czasie ok. 2 s, >10 mA – skurcz mięśni po czasie krótszym niż 2 s,

30 mA – wartość graniczna, od której pojawia się możliwość wystąpienia migotania komór serca, 50 mA –
ś

miertelne zagrożenie przy długotrwałym przepływie prądu rażeniowego.

Największy dopuszczalny prąd rażeniowy (I

B5%

, I

Bp

) – jest to prąd rażeniowy 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 może 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 zależy od przyłożonego napięcia i
mieści się w przedziale 1050..2150 Ω dla napięć większych od 80 V. Zależy ona również od warunków
ś

rodowiskowych, w jakich doszło do porażenia. 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 poniżej 1000 Ω (warunki szczególnego zagrożenia – np. pomieszczenia
wilgotne, mokre lub gorące, z wyziewami żrącymi itp).

Rys. 1. Charakterystyczne napięcia i prądy pojawiające się podczas porażenia prądem elektrycznym

Napięcie dotykowe rażeniowe (rzeczywiste) U

T

– napięcie na ciele człowieka, które może

się pojawić w czasie trwania rzeczywistego zwarcia, wywołane przepływem prądu rażeniowego.
U

Tp

- największa dopuszczalna wartość napięcia dotykowego rażeniowego U

T

zależna 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
może być dotknięta i która może 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 może się znaleźć pod określonym potencjałem, zazwyczaj pod potencjałem ziemi.

Stopień porażenia człowieka prądem elektrycznym jest zależny od:
-

rodzaju prądu rażeniowego (stały, zmienny, przy czym zmienny jest bardziej niebezpieczny),

-

wartości natężenia prądu rażeniowego,

-

czasu przepływu prądu rażeniowego,

-

drogi przepływu prądu rażeniowego.

Do oszacowania dopuszczalnych wartości czasu trwania porażenia, napięć i prądów rdzeniowych przyjmuje się
sytuację porażenia 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 przeciwporażeniowej.

Podstawowym zadaniem ochrony przeciwporażeniowej jest niedopuszczenie do przepływu przez

człowieka prądu rażeniowego (czyli zminimalizowanie prawdopodobieństwa porażenia), a jeśli już taki
przepływ wystąpi, to ochrona przeciwporażeniowa ma za zadanie ograniczyć wartość tego prądu lub/i czas jego
przepływu.
Realizację tych zadań uzyskuje się przez dobór odpowiednich środków ochrony przeciwporażeniowej. Obecnie
obowiązujące normy (PN-HD 60364-4-41:2009P oraz N-SEP-0001:2012) wprowadzają następujące środki
ochrony przed porażeniem 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

ż

ż

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

ż

ż

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

ż

ż

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

ż

ż

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

ż

ż

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

ż

ż

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 przeciwporażeniowej 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.) zagrożenie porażeniowe może 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 rażeniowego w
przypadku wystąpienia porażenia. Maksymalne czasy przepływu prądu rażeniowego w warunkach normalnych,
w obwodach TN i TT zawarte są w tabeli 1.

W warunkach szczególnego zagrożenia mogą być wymagane krótsze czasy wyłączeń. Warunki

szczególnego zagrożenia 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 zagrożenia 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 użytkowania.

2. Jeżeli 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. Jeżeli samoczynne wyłączenie zasilania nie może być uzyskane we właściwym czasie, to powinny
być zastosowane dodatkowe połączenia wyrównawcze ochronne.

a)

b)

c)

Rys. 2. Droga przepływu prądu rażeniowego 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 rażeniowy jest częścią prądu
zwarciowego, przy czym większa część prądu zwarciowego zamyka się przez metaliczną pętlę zwarcia. Prąd
zwarciowy ma dużą wartość, w związku z tym może skutecznie pobudzić zabezpieczenia zarówno nadprądowe,
jak i różnicowoprądowe. Oczywiście zależy 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) można w przybliżeniu 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, że wartość

rezystancji przewodów jest tak duża, że składowe bierne impedancji pętli zwarcia można pominąć. Wyjątkiem
są bardzo krótkie sieci i instalacje w pobliżu transformatora zasilającego.

Należy zwrócić uwagę, że 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 powyżej 1k

Ω

) w stosunku do wartości rezystancji przewodu PE lub PEN.

Przekrój przewodów ochronnych w instalacjach nN nie powinien być mniejszy aniżeli podany w tabeli

2, przy czym rzadkie są przypadki wykonywania przewodów ochronnych z innego materiału aniżeli 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

Należy pamiętać że 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, należy zastosować
odpowiednie współczynniki korekcyjne

Przy założeniu, że przewody fazowe mają taki sam przekrój jak ochronne i pominięciu parametrów

transformatora (długa sieć), można w przybliżeniu oszacować wartość napięcia dotykowego spodziewanego i
prądu rażeniowego.
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 rażeniowy wyniesie w przybliżeniu:

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 założenie, że 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 kałuży 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, że w przypadku zerwania

przewodu PE lub PEN ochrona przeciwporażeniowa w dalszym ciągu jest w stanie odłączyć zasilanie), przez co
wypadkowa rezystancja uziemienia ochronno-roboczego jest mniejsza niż 5

Ω

.

Działanie ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na tym, że prąd

zwarciowy (nie rażeniowy) pobudza zabezpieczenie sieci lub instalacji elektrycznej (nadprądowe lub
różnicowoprądowe). Czas wyłączenia tego zabezpieczenia zależy 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 różnicowo-prądowych

Ochronę przeciwporażeniową poprzez samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach TN uważa się za skuteczną
jeżeli prąd zwarcia jednofazowego powstałego w najbardziej niekorzystnych warunkach (na końcu obwodu
chronionego o największej impedancji pętli zwarcia) jest na tyle duży, że zdoła wywołać zadziałanie
zabezpieczenia chroniącego dany obwód w czasie nie dłuższym niż 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 przeciwporażeniową 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 możliwe jest stosowanie jako urządzeń
zabezpieczających wyłączników różnicowo-prądowych (w sieciach TN możliwe 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 rażeniowego w sieciach typu TT

Łatwo zauważyć, że w tym przypadku prąd zwarciowy zależy od impedancji transformatora, rezystancji

uziemienia roboczego R

A

, rezystancji uziemienia ochronnego R

B

i impedancji przewodu fazowego. W

przypadku uszkodzenia odbiornika, prąd zwarciowy, przy założeniach 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 przeciwporażeniowa w sieci typu TT może działać na dwa sposoby:
-

długotrwale obniżać podczas zwarć małoprądowych wartość napięcia dotykowego spodziewanego do
wartości uznanej za bezpieczna lub niższej (do 50V)

-

spowodować zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego lun różnicowo-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, że prąd ten nie wywoła zagrożenia porażeniowego.

6. Ochrona przeciwporażeniowa 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 uniemożliwić przepływ prądu z
uszkodzonego odbiornika do podłoża. Ten sposób ochrony nie jest związany z konkretnym typem sieci. Ideę
izolowania stanowiska przedstawia rys. 7.

Rys. 7. Izolacja stanowiska uniemożliwiająca przepływ prądu rażeniowego do podłoża

Sprawdzenie (pomiar) rezystancji izolacji stanowiska można dokonać za pomocą jednego woltomierza

(rys. 8.)

Rys. 8. Układ do pomiaru rezystancji izolacji stanowiska: 1. – podłoże, 2. – nawierzchnia, 3.- zwilżona tkanina,

4. – blacha lub folia metalowa, 5. –płyta izolacyjna z obciążeniem

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 można 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 przeciwporażeniowej 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. Umożliwia 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 należy 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) można obliczyć z wzoru:

I

U

U

Z

pf

2

1

−

=

(9)

Pomiary powtórzyć dla pętli zwarcia tworzonej przez każdy 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 przeciwporażeniowej przeprowadza się po podaniu przez prowadzącego

typu i rodzaju zabezpieczenia w badanej sieci. Na podstawie uzyskanych wyników należy 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 należy wyznaczyć maksymalna dopuszczalna rezystancję uziemienia

ochronnego dla przypadku, kiedy urządzeniem zabezpieczającym jest wyłącznik róznicowo-prądowy (parametry
i charakterystykę wskaże prowadzący).

8. Pytania kontrolne

8.1. Wyjaśnić pojęcia: napięcie dotykowe spodziewane, napięcie dotykowe rażeniowe, prąd rażeniowy
8.2. Wyjaśnić zasadę działania środków ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania
w sieciach TT i TN
8.3. W jakich przypadkach w sieciach TT uszkodzenie może utrzymywać się długotrwale, nie powodując
negatywnych skutków pod względem ochrony przeciwporażeniowej?
8.4. Wymienić podstawowe ZADANIA ochrony przeciwporażeniowej
8.5. W jaki sposób przeprowadza się pomiary impedancji pętli zwarcia w instalacjach chronionych przez
wyłącznik różnicowo-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 różnicowoprądowych w instalacji stosuje się jeszcze
zabezpieczenie nadprądowe?