1

Edward Musiał
Politechnika Gdańska

OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA

W URZĄDZENIACH ŚREDNIEGO NAPIĘCIA

−

AKTUALNY STAN NORMALIZACJI

Nawet elektryk, którego zainteresowania, kompetencje i działalność zawodowa ograniczają

się do instalacji i urządzeń niskiego napięcia, powinien mieć pewną wiedzę o normalnych i zakłó-
ceniowych stanach pracy urządzeń wysokiego napięcia, zwłaszcza sieci i urządzeń średniego napię-
cia, bo jedne i drugie urządzenia są powiązane ze sobą w stacjach SN/nn. Tą drogą pewne oddzia-
ływania wzajemne są nieuniknione, a dotykają one przede wszystkim mniej odpornych urządzeń ni-
skiego napięcia. W urządzeniach wysokiego napięcia nieco inne są kryteria oceny skuteczności
ochrony, a ochrona dodatkowa (ochrona przy uszkodzeniu) polega przede wszystkim na stosowaniu
uziemień ochronnych. Rezystancja uziemienia ma drugorzędne znaczenie, a sprawą pierwszopla-
nową staje się takie ukształtowanie rozkładu potencjału na powierzchni ziemi, aby utrzymać warto-
ści napięć dotykowych rażeniowych poniżej największej dopuszczalnej granicy, uzależnionej od
czasu trwania zwarcia doziemnego. Im wyższe napięcie znamionowe urządzeń, tym problematyka
staje się bardziej złożona a ochrona

−

bardziej kosztowna. O ile jednak w urządzeniach najwyż-

szych napięć punkt neutralny jest zawsze skutecznie uziemiony, w celu zmniejszenia kosztu izolacji
doziemnej, o tyle w urządzeniach średnich napięć sposób uziemienia punktu neutralnego można
wybierać z szerokiej gamy możliwości i również w ten sposób wpływać na rozwiązanie ochrony
przeciwporażeniowej. Ta okoliczność sprawia, że ciekawych i niełatwych problemów ochrony na
poziomie średnich napięć nie brakuje.

1. Założenia i tok prac normalizacyjnych

Na poziomie zarówno normalizacji międzynarodowej IEC, jak i regionalnej CENELEC, od

dawna dobrze funkcjonują liczne normy produktowe dla wysokonapięciowych przewodów i kabli,
aparatów i rozdzielnic, maszyn i przekształtników oraz innych urządzeń. Gorzej jest w zakresie
norm wykonawczych (przepisowych), określających zasady budowy, doboru i wymiarowania stacji,
linii i całych układów elektroenergetycznych w celu zapewnienia wymaganego poziomu niezawod-
ności, jakości i bezpieczeństwa eksploatacji. Inaczej ukształtowana tradycja techniczna, odmienne
nawyki i szczególne krajowe warunki środowiskowe sprawiają, że unifikacja jest trudna, napotyka
na rozmaite przeszkody. Kolejne dokumenty powstają latami i bywa, że zamiast oczekiwanej Nor-
my Europejskiej EN przyjmuje się niższej rangi Dokument Harmonizacyjny HD, w dodatku obwa-
rowany licznymi odchyleniami i/lub szczególnymi warunkami krajowymi, dotyczącymi poszcze-
gólnych krajów członkowskich danej organizacji normalizacyjnej.

Już przed rokiem 1990 CENELEC podjął prace nad przepisami budowy wysokonapięciowych

urządzeń elektroenergetycznych prądu przemiennego, zmierzające do ustanowienia Normy Euro-
pejskiej EN 50179, zastępującej normy własne krajów (Niemcy, Francja, Wielka Brytania), które
już wcześniej je miały. Projekt prEN z roku 1994 [10] nawet został w Niemczech opublikowany ja-
ko projekt normy DIN EN 50179 (VDE 0101). Jednakże po perypetiach z kolejnymi wersjami pro-
jektu zdecydowano opublikować tylko Dokument Harmonizacyjny HD 637 S1:1999 [11]. Tenże
dokument został następnie przyjęty w Polsce ze zmianami i dlatego nie ma statusu normy PN-HD,

2

lecz status normy własnej (krajowej) PN-E-05115:2002 [12].

Prace nad nowelizacją dokumentu HD 637 S1 na forum CENELEC trwają nieustannie, har-

monijnie i równolegle z pracami na forum międzynarodowym IEC. Pierwsza edycja normy IEC
61936-1 z roku 2002 [13] jest w końcowej fazie nowelizacji [14]. Zaawansowane są też prace nad
arkuszem 2 normy [15], zawierającym wymagania szczegółowe dla urządzeń przesyłowych i urzą-
dzeń rozdzielczych, a także prace nad nową normą dla wysokonapięciowych urządzeń prądu stałe-
go [16], którą Polska jest zainteresowana chociażby ze względu na podmorskie połączenie prądu
stałego 450 kV ze Szwecją.

Wśród różnorakich problemów projektowania, budowy i eksploatacji urządzeń wysokonapię-

ciowych kwestie ochrony przeciwporażeniowej stanowią dział nieduży, ale ważny i stale przyspa-
rzający wielu trudności interpretacyjnych. Dotyczy to zwłaszcza ochrony dodatkowej (ochrony przy
uszkodzeniu), związanej z zagrożeniami pochodzącymi od zwarć doziemnych.

Bezpośrednie skutki rażenia ludzi i zwierząt hodowlanych zależą przede wszystkim od warto-

ści prądu rażeniowego i czasu jego przepływu, a nie od wartości napięcia znamionowego urządzeń,
przy których do rażenia dochodzi. Tym niemniej zasady stosowania i wymiarowania ochrony prze-
ciwporażeniowej w urządzeniach wysokiego napięcia są nieco inne niż w urządzeniach niskiego
napięcia. Najważniejsze tego powody są następujące.

1. Prądy zwarć międzyprzewodowych, tzn. zwarć trójfazowych i zwarć dwufazowych

(

)

"

k2

"

k3

,I

I

, mają podobną wartość w urządzeniach różnych napięć, wynoszą na ogół od kilku do kil-

kudziesięciu kiloamperów. Zupełnie inaczej wygląda sprawa z prądami zwarć doziemnych (I

F

) i z

prądami uziomowymi (I

E

), od których zależą wartości napięcia uziomowego (U

E

). W urządzeniach

niskiego napięcia prąd uziomowy nie przekracza kilkudziesięciu amperów, a napięcie uziomowe

−

kilkuset woltów. To napięcie uziomowe milcząco utożsamia się z napięciem dotykowym spo-
dziewanym (U

ST

), a nawet z napięciem dotykowym rażeniowym (U

T

) i

− chociaż z tego tytułu

może zachodzić znaczny błąd w kierunku bezpiecznym

− ochronę daje się zapewnić przy akcepto-

walnych kosztach. W urządzeniach wysokiego napięcia prąd uziomowy (I

E

) może osiągać poziom

wielu kiloamperów, a napięcie uziomowe (U

E

)

− kilka i więcej kilowoltów. Utożsamianie napięcia

uziomowego z napięciem dotykowym spodziewanym (U

ST

), a tym bardziej z napięciem dotyko-

wym rażeniowym (U

T

) prowadziłoby do absurdalnych wniosków, wykluczających jakiekolwiek ra-

cjonalne rozwiązania techniczne. Za pomocą sterowania rozkładem potencjału na powierzchni sta-
nowisk dostępnych, zwiększania rezystancji stanowiska (zwłaszcza jego wierzchnich warstw) oraz
innych środków można doprowadzić do tego, że napięcie dotykowe rażeniowe stanowi niewielką
część napięcia uziomowego.

2. Zmniejszanie rezystancji uziemienia i/lub zwiększanie rozległości uziomu jest możliwe tyl-

ko w ograniczonym zakresie. W urządzeniach wysokiego napięcia względy ochrony przeciwpora-
żeniowej nieraz zmuszają projektanta uziemień do ingerencji w automatykę zabezpieczeniową od
zwarć doziemnych (czas trwania zwarcia doziemnego t

F

, tryb działania SPZ), w sposób uziemienia

punktu neutralnego sieci średnich napięć, decydujący o wartości prądu zwarcia doziemnego (I

F

),

oraz do wykorzystywania wszelkich dostępnych metalowych dróg równoległych do toru ziemno-
powrotnego w celu zmniejszenia wartości prądu uziomowego i w następstwie

− zmniejszenia na-

pięcia uziomowego. Wspomniane tu zabiegi mają na celu zmniejszenie wartości prądu uziomowego
(I

E

) i/lub zmniejszenie czasu jego przepływu (t

F

).

3. Wprawdzie w ochronie przeciwporażeniowej, niezależnie od napięcia znamionowego urzą-

dzeń, przyjmuje się za podstawę te same wyniki badań elektropatologicznych [9], ale przejście od
nich, czyli od pierwotnych kryteriów bezpieczeństwa, do wtórnych kryteriów bezpieczeństwa

3

(technicznych kryteriów projektowania ochrony) odbywa się na nieco innych zasadach w urządze-
niach wysokiego napięcia w porównaniu z urządzeniami niskiego napięcia. Akceptuje się wyższe
prawdopodobieństwo wystąpienia ryzykownych czasowo-prądowych parametrów rażenia z nastę-
pujących względów:
ƒ

wiele urządzeń wysokiego napięcia jest niedostępnych dla laików, a dostępne budzą ich respekt

i skłaniają do zachowania ostrożności,

ƒ

urządzenia wysokiego napięcia instalują i eksploatują tylko osoby wykwalifikowane, co sprzyja

większej niezawodności tych urządzeń i ich systemów ochrony przeciwporażeniowej,

ƒ

w obiektach wysokiego napięcia personel na ogół nie przebywa stale, nadzór z bliska jest spo-

radyczny, wobec tego znikome jest prawdopodobieństwo, że akurat w czasie zwarcia doziem-
nego t

F

jest w pobliżu człowiek narażony na porażenie,

ƒ

podobnie, niewielkie jest prawdopodobieństwo, że akurat w czasie trwania zwarcia doziemnego

człowiek znajdzie się w pobliżu dotkniętego uszkodzeniem słupa lub stacji na odludziu bądź na
terenie rzadko uczęszczanym; inaczej jest tylko w przypadku obiektów w miejscach, gdzie czę-
sto przebywają ludzie i tę okoliczność uwzględnia się przy projektowaniu.

W dalszej części opracowania powyższe czynniki i okoliczności są szerzej przedstawione

w zakresie dotyczącym przede wszystkim urządzeń średnich napięć.

2. Wtórne kryteria bezpieczeństwa

Punktem wyjścia są pierwotne kryteria bezpieczeństwa (rys. 1), z których jako graniczne

dopuszczalne czasowo-prądowe parametry rażenia przyjęto [10, 11, 12, 13] krzywą c

2

, oznaczającą

prawdopodobieństwo wywołania fibrylacji serca wynoszące 5%. Warto przypomnieć, że ochrona
przeciwporażeniowa w urządzeniach niskiego napięcia, szeroko dostępnych również dla laików,
bazuje na prawdopodobieństwie 0% fibrylacji serca, które reprezentuje krzywa c

1

, a nawet na prze-

suniętej nieco w lewo od niej krzywej L, nieprzedstawionej na rys. 1.

Rys. 1. Pierwotne kryteria bezpieczeństwa przy rażeniu człowieka na drodze od lewej ręki do obu stóp

prądem przemiennym o częstotliwości 15

÷100 Hz i pomijalnym odkształceniu [9]

Zatem dla ochrony przeciwporażeniowej w urządzeniach wysokiego napięcia największy do-

puszczalny czas rażenia w zależności od wartości prądu rażeniowego, określa krzywa c

2

(rys. 2).

4

Rys. 2. Krzywa c

2

z rys. 1, odpowiadająca prawdopodobieństwu fibrylacji serca 5%

Aby przejść na wtórne kryteria bezpieczeństwa, trzeba przyjąć odpowiednie wartości impe-

dancji ciała człowieka w zależności od napięcia dotykowego rażeniowego (spadku napięcia wywo-
łanego przez prąd rażeniowy na impedancji ciała). Za podstawę przyjmuje się [10, 11, 12, 13] war-
tość 75% podanej w tabl. 1 impedancji ciała przy rażeniu na drodze ręka-ręka lub ręka-stopa, aby
uwzględnić częste przypadki rażenia na drodze od jednej ręki do obu stóp. W odróżnieniu od po-
dobnych zasad w urządzeniach niskiego napięcia przyjmuje się nie kwantyl 5% impedancji ciała
(tylko 5% populacji ma impedancję mniejszą), lecz kwantyl 50% impedancji ciała (aż 50% popula-
cji ma impedancję mniejszą).

Tablica 1. Impedancja ciała na drodze ręka-ręka lub ręka-stopa przy suchej skórze (kwantyl 50%),

w zależności od napięcia dotykowego rażeniowego

Napięcie dotykowe rażeniowe U

T

Impedancja

ciała człowieka Z

B

[V]

[

Ω]

25 3250
50 2625
75 2200

100 1875
125 1625
220 1350
700 1100

1000 1050

Największy dopuszczalny czas rażenia, czyli największy dopuszczalny czas utrzymywania się

napięcia dotykowego rażeniowego i zarazem największy dopuszczalny czas trwania zwarcia do-
ziemnego, określa się w sposób, który ilustruje następujący przykład. Niech napięcie dotykowe ra-
żeniowe U

T

wynosi 700 V. Przy tym napięciu impedancja ciała na drodze ręka-ręka lub ręka stopa

wynosi Z

B

= 1100

Ω (tabl. 1), a na drodze ręka-stopy Z

B

= 0,75

⋅1100 = 825 Ω. Zatem prąd rażenio-

wy wynosi:

mA

5

,

848

A

84848

,

0

825

700

B

T

B

=

=

=

=

Z

U

I

.

(2.1)

Największy dopuszczalny czas rażenia takim prądem wynosi t

F

= 0,08 s (rys. 2). Krok po kro-

ku, punkt po punkcie, można tą drogą otrzymać pełną zależność dopuszczalnego czasu rażenia t

F

od

napięcia dotykowego rażeniowego U

T

, bądź zależność odwróconą (tabl. 2, rys. 3).

5

Tablica 2. Największe dopuszczalne napięcia dotykowe rażeniowe (U

Tp

), w zależności od czasu rażenia (t

F

) [12]

Czas rażenia t

F

Największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U

Tp

[s] [V]

10 80

1,1 100

0,72 125
0,64 150
0,49 220
0,39 300
0,29 400
0,20 500
0,14 600
0,08 700
0,04 800

Kolejną ważną kwestią jest relacja między napięciem dotykowym rażeniowym U

T

a napię-

ciem dotykowym spodziewanym U

ST

, w uproszczeniu przedstawiona na rys. 4. Podstawowym

kryterium oceny skuteczności ochrony jest wartość napięcia dotykowego rażeniowego U

T

, czy-

li napięcia przypadającego na impedancję ciała człowieka podczas przepływu prądu rażeniowego
I

B

, które wynosi: U

T

= I

B

·Z

B

. Napięcie dotykowe spodziewane U

ST

jest siłą elektromotoryczną ob-

wodu rażeniowego w określonej sytuacji rażenia. To jego wartość występuje tuż przed dotknięciem
(rys. 4) między wyciągniętą ręką a dotykanym przedmiotem, tuż przed zapoczątkowaniem prze-
pływu prądu rażeniowego. Napięcie dotykowe spodziewane U

ST

nie decyduje bezpośrednio o sku-

teczności ochrony, ale jeśli jest duże, to sprzyja przebiciu naskórka. Natomiast o zagrożeniu fibry-
lacją, o szansie przeżycia rażonego, decyduje wartość napięcia dotykowego rażeniowego U

T

i czas

jego utrzymywania się.

Rys. 3. Największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U

Tp

, w zależności od czasu rażenia t

F

[12]

Jeżeli w obwodzie rażeniowym jest zapewniona obecność dodatkowych rezystancji R

a

(rys. 4)

o wartości znanej chociażby w przybliżeniu, to dopuszczalna wartość napięcia dotykowego spo-
dziewanego ulega zwiększeniu o spadek napięcia, jaki prąd rażeniowy wywołuje na tych rezystan-
cjach (I

B

⋅R

a

), co może oznaczać nawet wielokrotne zwiększenie dopuszczalnej wartości napięcia

dotykowego spodziewanego U

ST

.

6

Z

B

impedancja

ciała

R

a1

rezystancja

obuwia

R

a2

rezystancja

stanowiska

I

B

I

B

I

B

U

T

napi

ę

ci

e dot

ykow

e

r

a

żeni

ow

e

U

ST

napi

ę

ci

e dot

ykow

e

spodzi

e

w

ane

R

a

rezystancja

dodatkowa

Rys. 4. Relacje między napięciem dotykowym raże-
niowym U

T

a napięciem dotykowym spodziewanym

U

ST

w sytuacji rażenia prądem elektrycznym

Spośród branych pod uwagę dwóch rezystancji dodatkowych (R

a1

, R

a2

), bardzo dużą wartość

może wprowadzać rezystancja stanowiska R

a2

, czyli rezystancja przejścia od spodniej powierzchni

podeszwy obuwia do lokalnej ziemi. Dla jednej stopy można ją obliczyć, zastępując powierzchnię
styczności ze stanowiskiem krążkiem o średnicy d = 0,16 m. Taki „uziom płytowy”, leżący na po-
wierzchni gruntu lub posadzki o rezystywności

ρ

s

(w omometrach), wykazuje rezystancję przejścia

(w omach):

s

s

s

a2

3

16

,

0

2

2

ρ

ρ

ρ

≈

⋅

=

≈

d

R

.

(2.2)

Ta wyjściowa wartość, odpowiadająca rażeniu na drodze ręka-stopa, nie ma znaczenia prak-

tycznego. Przy rażeniu napięciem dotykowym (ręka-stopy) istotna jest wartość dwukrotnie mniej-
sza (1,5

ρ

s

) wynikająca z przepływu prądu równolegle przez obie stopy do ziemi (rys. 5a). Nato-

miast przy rażeniu napięciem krokowym (stopa-stopa) istotna jest wartość dwukrotnie większa
(6

ρ

s

), wynikająca z przepływu prądu szeregowo między jedną a drugą stopą (rys. 5c).

Rys. 5. Rezystancja dodatkowa R

a2

przy rażeniu na drodze:
a) ręka-stopy,
b) ręka-stopa,
c) stopa-stopa

Rezystancję dodatkową R

a2

oblicza się, biorąc pod uwagę rezystywność

ρ

s

posadzki lub

wierzchniej warstwy gruntu. W przypadku urządzeń napowietrznych i człowieka stojącego na gołej
ziemi, rezystywność gruntu na ogół zawiera się w granicach

ρ

s

= 100

÷2000 Ωm, wobec tego rezy-

stancja dodatkowa R

a2

przy rażeniu napięciem dotykowym ma zwykle wartość z zakresu

R

a2

= 1,5

ρ

s

=150

÷3000 Ω. Przy urządzeniach wnętrzowych można uzyskać większe wartości, stosu-

jąc odpowiednią technologię posadzek (materiał i sposób ułożenia), a jeszcze większe

− układając

chodnik izolacyjny. Przy urządzeniach napowietrznych stosuje się warstwy powierzchniowe o du-

7

żej rezystywności:
ƒ

warstwę tłucznia o grubości co najmniej 100 mm i rezystywności

ρ

s

= 1000

÷5000 Ωm, co daje

R

a2

= 1,5

ρ

s

= 1500

÷7500 Ω;

ƒ

dywanik asfaltowy o rezystywności

ρ

s

= 10 000

÷15 000 Ωm, co daje R

a2

= 1,5

ρ

s

= 15 000

÷

22 500

Ω; dywanik powinien być wylany na utwardzonym podłożu (np. warstwie drobnego

żwiru). Stosuje się zwłaszcza na drogach wewnętrznych obiektu energetycznego.

Rys. 6. Największe dopuszczalne napięcie dotykowe spodziewane U

STp

z uwzględnieniem dodatkowych rezystancji

R

a

(obuwia oraz stanowiska) [12]

krzywa (1)

− bez dodatkowych rezystancji (R

a

= 0), czyli przebieg U

tp

(t

F

) z rys. 3

krzywa (2) – R

a

= 750

Ω (R

a1

= 0

Ω

ρ

s

= 500

Ωm)

krzywa (3) – R

a

= 1750

Ω (R

a1

= 1000

Ω

ρ

s

= 500

Ωm)

krzywa (4) – R

a

= 2500

Ω (R

a1

= 1000

Ω

ρ

s

= 1000

Ωm)

krzywa (5) – R

a

= 4000

Ω (R

a1

= 1000

Ω

ρ

s

= 2000

Ωm)

Takie warstwy powierzchniowe na wolnym powietrzu wymagają należytego odwodnienia i o-

chrony przed zarastaniem przez przebijającą się przez nie roślinnością, degradującą ich własności
izolacyjne. Z rys. 4 nie wolno wysnuwać naiwnego wniosku, że na rezystancji stanowiska R

a2

moż-

na wytracić dowolnie dużą część napięcia dotykowego spodziewanego U

ST

, aby utrzymać na do-

puszczalnym poziomie napięcie dotykowe rażeniowe U

ST

. Na przeszkodzie stoi chociażby ograni-

czona wytrzymałość elektryczna tych warstw, np. tylko 2000 V dla 50-milimetrowej warstwy asfal-
tu przeciętnej jakości. Przydatność takich warstw jest zatem ograniczona do sytuacji, kiedy napięcie
dotykowe spodziewane nie przekracza 3000 V, a napięcie krokowe spodziewane nie przekracza
5000 V [7]. Warstwy powierzchniowe, zwłaszcza asfaltowe, powinny być ograniczone do niedu-
żych powierzchni, w miejscach, gdzie są absolutnie niezbędne; wystrzegać się trzeba postępującej
tendencji do zaasfaltowania dużych połaci kraju.

Rezystancja zwykłego obuwia R

a1

nie była uwzględniana w dawniejszych polskich przepi-

sach. Parametry zwykłego znoszonego obuwia [7] mają duży rozrzut: rezystancję dla pojedynczego
buta od 500

Ω (wilgotny) do 3000 kΩ (suchy) i wytrzymałość elektryczną od 500 V do 20 kV. No-

wa norma pozwala uwzględniać taką rezystancję dodatkową i dla znoszonego obuwia sugeruje war-
tość 2000

Ω jako rezystancję przejścia od podeszwy pojedynczej stopy do podeszwy obuwia,

w który jest obuta. Przy takim założeniu rezystancja obuwia wynosi R

a1

= 1000

Ω przy rażeniu na-

pięciem dotykowym (jak na rys. 5a) i wynosi R

a1

= 4000

Ω przy rażeniu napięciem krokowym (jak

na rys. 5c). Według niektórych obcych przepisów nie należy brać pod uwagę rezystancji dodatko-

8

wej R

a1

w miejscach ogólnie dostępnych, jeżeli odsetek bosonogich wśród lokalnej ludności ocenia

się na 20% lub więcej. Dotyczy to licznych biedniejszych rejonów świata. Nie uwzględnia się rę-
kawic jako elementu wprowadzającego do obwodu rażeniowego dodatkową rezystancję; prawdo-
podobieństwo, że w chwili wypadku nie będą założone, jest nieporównanie większe niż w przypad-
ku obuwia. Te uwagi nie dotyczą obuwia dielektrycznego ani rękawic dielektrycznych, których rola
jest inna.

Przy uwzględnieniu rezystancji dodatkowych (R

a1

+ R

a2

) największe dopuszczalne napięcie

dotykowe spodziewane U

STp

jest większe, nawet wielokrotnie większe, niż największe dopuszczal-

ne napięcie dotykowe rażeniowe U

Tp

. Jest większe w stosunku (1 + R

a

/Z

B

), czyli w stosunku okre-

ślonym wartością wyrażenia w dużym zwykłym nawiasie w poniższym wzorze:

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

+

⋅

=

⋅

+

+

=

B

a2

a1

F

Tp

B

a2

a1

F

Tp

F

STp

1

)

(

)

(

)

(

)

(

Z

R

R

t

U

I

R

R

t

U

t

U

.

(2.3)

Wpływ ten widać wyraźnie na rys. 6. Najniższa krzywa na tym rysunku (R

a

= 0) przedstawia

największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U

Tp

, jak na rys. 3. Gdyby w obwodzie raże-

niowym nie było żadnych rezystancji dodatkowych, wtedy identyczne byłyby wartości napięcia do-
tykowego spodziewanego U

STp

. Wprowadzenie i uwzględnienie dużych rezystancji dodatkowych

pozwala tolerować nawet kilkakrotnie większe napięcia dotykowe spodziewane, i to na terenach
ogólnie dostępnych, na stanowiskach na zwykłym gruncie (

ρ

s

= 500

÷2000 Ωm na rys. 6). Efekt

może być znacznie większy na zamkniętym terenie ruchu elektrycznego, na którym wykorzystuje
się warstwy powierzchniowe o dużej rezystywności, jak tłuczeń i asfalt (

ρ

s

= 3000

÷15000 Ωm). Dla

takiego pokrycia krzywe U

STp

byłyby usytuowane znacznie powyżej krzywej (5) z rys. 6.

Rys. 7. Sytuacje narażenia człowieka na działanie napięcia dotykowego (U

T

) i napięcia krokowego (U

S

)

Typowe narażenie na działanie napięcia dotykowego U

T

i rażenie na drodze ręka-stopy za-

chodzi, kiedy człowiek stojący na ziemi dotyka części przewodzącej, znajdującej się w odległości
poziomej 1 m (rys. 7). Możliwe jest też rażenie napięciem dotykowym na drodze ręka-ręka, kiedy
człowiek dotyka dwóch części przewodzących, znajdujących się w odległości poziomej nieprzekra-
czającej 2 m (skrajna prawa sylwetka na rys. 7). Występujące na terenie i w sąsiedztwie obiektów
elektroenergetycznych napięcia krokowe są z reguły mniejsze niż napięcia dotykowe. Zarazem
największe dopuszczalne napięcia krokowe rażeniowe są większe niż określone dla tego samego
czasu rażenia t

F

największe dopuszczalne napięcia dotykowe rażeniowe. To tłumaczy, dlaczego

norma [12] nie wymaga obliczania ani pomiarowego sprawdzania wartości napięć krokowych raże-
niowych. Takie podejście nie budzi zastrzeżeń poza jedną sytuacją

− podziemnych urządzeń elek-

troenergetycznych, kiedy nad ziemią nie ma żadnych części przewodzących i nie ma narażenia na
działanie napięcia dotykowego, a może występować zagrożenie od napięć krokowych. Bywa ono
groźne, zwłaszcza w przypadku urządzeń najwyższych napięć, i przeoczyć go nie wolno.

9

3. Prądy zwarć doziemnych w urządzeniach średnich napięć

Sposób uziemienia punktu neutralnego sieci w dużym stopniu decyduje o wartości prądów

zwarć doziemnych (tabl. 3) i o koszcie instalacji uziemiającej. Wpływa też znacząco na poziom
przepięć łączeniowych przejściowych oraz na ciągłość zasilania, związaną z nakładami na elektro-
energetyczną automatykę zabezpieczeniową (EAZ). Wybór właściwego sposobu uziemienia punktu
neutralnego sieci średniego napięcia zależy przede wszystkim od rozległości sieci (przemysłowa,
miejska, terenowa, mieszana) i od jej budowy (kablowa, napowietrzna, mieszana).

Tablica 3. Prądy uwzględniane przy projektowaniu instalacji uziemiających [12]

Prąd uwzględniany przy

obliczeniach cieplnych

1)

Rodzaj sieci wysokiego napięcia

uziomu

przewodów

uziemiających

Prąd uwzględniany przy obliczaniu

napięcia uziomowego i napięć do-

tykowych rażeniowych

Sieci o izolowanym punkcie neutralnym

–

6)

I

”

kEE

9)

)

7

C

E

E

I

r

I

⋅

=

Stacje z dławikiem
gaszącym

2)

2

res

2

L

E

E

I

I

r

I

+

⋅

=

Sieci skompensowane

Stacje bez dławika
gaszącego

–

6)

I

”

kEE

3)

9)

res

E

E

I

r

I

⋅

=

Sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez małą
impedancję

I

”

k1

4)

I

”

k1

)

5

E

I

Stacje o punkcie neutralnym
dorywczo uziemionym

I

”

k1

4)

I

”

k1

8)

)

5

E

I

z dławikiem
gaszącym

2)

2

res

2

L

E

E

I

I

r

I

+

⋅

=

Sieci skompenso-
wane i sieci o punk-
cie neutralnym do-
rywczo uziemionym
przez małą impe-
dancję

Inne stacje

bez dławika
gaszącego

–

6)

I

”

kEE

3)

res

E

E

I

r

I

⋅

=

1) Należy uwzględnić również najmniejsze dopuszczalne przekroje ze względu na wytrzymałość mechaniczną i trwałość korozyj-

ną, podane w załączniku A normy.

2) Dotyczy sieci dokładnie skompensowanej. Przy znacznym rozstrojeniu

należy uwzględnić składową bierną prądu resztkowego.

3) Przy wymiarowaniu przewodów uziemiających dławiki gaszące należy również wziąć pod uwagę ich prądy znamionowe.
4) Jeżeli prąd może płynąć różnymi drogami, to przewody uziemiające można wymiarować stosownie do wypadkowego rozpływu

prądów.

5) Nie ma wzoru ogólnego (patrz np. rysunek 2.2 w normie).
6) Najmniejszy dopuszczalny przekrój podany w tablicy 1 normy jest wystarczający.
7) Jeżeli w lokalnej sieci wysokiego napięcia, np. zakładu przemysłowego, zwarcie doziemne

może się utrzymywać stosunkowo

długo, np. kilka godzin, to zaleca się brać pod uwagę prąd I

”

kEE

.

8) Jeżeli I

”

kEE

ma większą wartość niż I

”

k1

, to należy brać za podstawę tę większą wartość.

9) Jeżeli czas trwania zwarcia z ziemią jest krótszy niż 1 s, to można wybrać I

C

lub I

res

.

Oznaczenia
I

C

Obliczony lub zmierzony pojemnościowy prąd doziemienia.

I

res

Prąd resztkowy. Jeżeli wartość I

res

nie jest znana, to można przyjąć I

res

= 0,10

⋅I

C

.

I

L

Suma

prądów znamionowych równolegle połączonych dławików gaszących, zainstalowanych w rozpatrywanej stacji.

I

”

kEE

Prąd dwumiejscowego zwarcia z ziemią, obliczony zgodnie z HD 533 (można przyjmować, że maksymalna wartość I

”

kEE

jest

równa 85% wartości początkowego prądu zwarciowego I

”

k1

.

I

”

k1

Prąd początkowy przy zwarciu faza-ziemia.

I

E

Prąd uziomowy.

r

E

Współczynnik redukcyjny.

Sieci o izolowanym punkcie neutralnym mają rację bytu jako mało rozległe sieci przemy-

słowe, również jako sieci potrzeb własnych w elektrowniach. Jako sieci miejskie pozostały w paru
miastach siłą tradycji.

Sieci skompensowane, o punkcie neutralnym uziemionym przez dławik gaszący, mają tę

wyższość nad innymi, że

− przy prawidłowej kompensacji − dają dużą szansę samoczynnego zga-

szenia łuku przy przeskoku powierzchniowym (przy zwarciu po powierzchni samoregenerującej się
izolacji napowietrznej), co jest nieocenione dla ciągłości zasilania. Jeżeli jednak zwarcie utrzymuje
się, bo jest zwarciem trwałym, zwłaszcza zwarciem wielkooporowym, to lokalizacja i eliminacja
takich zwarć doziemnych bywa trudna, zawodna i długotrwała, mimo stosowania środków zarad-
czych, jak AWSC (Automatyczne Wymuszanie Składowej Czynnej prądu zwarcia doziemnego). To

10

dlatego, po roku 1960

− wzorem energetyki francuskiej EdF − zaczęto w wielu krajach wprowadzać

i upowszechniać uziemienie punktu neutralnego przez rezystor, z prądem zwarcia doziemnego we
Francji: 300 A w sieciach napowietrznych, a 1000 A w sieciach kablowych. Sytuacja zmieniła się
radykalnie i nawet energetyka francuska włączyła bieg wsteczny [8] w końcowych latach XX wie-
ku, kiedy pojawiły się cyfrowe admitancyjne zabezpieczenia ziemnozwarciowe dla sieci średnich
napięć, produkowane również w Polsce według patentów prof. J. Lorenca i dra W. Hoppela
z Politechniki Poznańskiej. W nowej sytuacji uznano uziemienie przez dławik gaszący za rozwią-
zanie optymalne w przypadku sieci napowietrznych oraz sieci mieszanych o przeważającym udziale
linii napowietrznych. Natomiast sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor nadal
uważa się za rozwiązanie właściwe w przypadku sieci kablowych (w których raczej nie dochodzi do
zwarć przemijających) oraz sieci mieszanych o przeważającym udziale linii kablowych. Wprawdzie
prąd zwarcia doziemnego jest w nich znacznie większy niż w sieciach skompensowanych (poza
stacją zasilającą z dławikiem), ale czas jego przepływu jest niewielki (np. t

F

= 0,3 s), bo jest wy-

krywany i wyłączany przez człony nadprądowe EAZ, wobec czego niekoniecznie rosną koszty in-
stalacji uziemiających.

Czy uwzględniać dwumiejscowe zwarcia z ziemią przy wymiarowaniu instalacji uziemiają-

cych, od lat dyskutowano w przypadku sieci izolowanych i skompensowanych, bo może to ozna-
czać znaczne zwiększenie prądu przyjmowanego za podstawę obliczeń projektowych. Jak wynika
z tabl. 3, norma nakazuje z zasady uwzględniać je (

''

kEE

I

) przy doborze przekroju przewodów uzie-

miających, jeżeli pierwsze zwarcie doziemne nie jest bezzwłocznie wyłączane. Natomiast przy ob-
liczaniu napięcia uziomowego i napięć dotykowych rażeniowych nakazuje uwzględniać prąd zwar-
cia dwumiejscowego tylko w sieci o punkcie neutralnym izolowanym, jeżeli pierwsze zwarcie do-
ziemne

może się utrzymywać stosunkowo długo, np. kilka godzin.

Napięcie uziomowe U

E

na uziemieniu ochronnym o impedancji Z

E

wywołuje płynący przezeń

prąd uziomowy I

E

o wartości

''

k

E

1

I

I

≤

(ew.

''

kEE

E

I

I

≤

). Wynosi ono zatem:

U

E

= I

E

⋅ Z

E

.

(3.1)

Przez rozpatrywany uziom może płynąć całkowity prąd zwarcia doziemnego i wtedy prąd

uziomowy przyjmuje jego wartość:

''

k

E

1

I

I

=

(wyjątkowo:

''

kEE

E

I

I

=

). Przy wymiarowaniu ochrony

przeciwporażeniowej korzystne są sytuacje, kiedy prąd uziomowy jest mniejszy od prądu zwarcia
doziemnego, co może wystąpić z powodów następujących:
ƒ

Układ uziomowy jest złożony, obejmuje uziomy zewnętrzne w stosunku do obiektu, odprowa-

dzające niepomijalną część prądu uziomowego. Korzyść jest iluzoryczna, bo w dalszym ciągu
napięcie uziomowe jest iloczynem całkowitego odprowadzanego prądu uziomowego oraz im-
pedancji wypadkowej całego złożonego układu uziomowego. Może polegać na korzystniejszym
wysterowaniu rozkładu potencjału na powierzchni terenu, dzięki większej rozległości układu
uziomowego.

ƒ

Znacząca część prądu uziomowego wraca do źródła nie poprzez uziemienie ochronne i ziemię,

lecz przez przewód powrotny (przewody powrotne) o odpowiednich parametrach. Linie napo-
wietrzne średnich napięć nie mają przewodów odgromowych, bo byłyby one nieskuteczne. Na-
tomiast polietylenowe kable średnich napięć mają żyły powrotne, zdolne przewodzić prąd zwar-
cia doziemnego. Ich skuteczność charakteryzuje się współczynnikiem redukcyjnym (ang. re-
duction factor) r linii trójfazowej, oznaczającym stosunek prądu uziomowego do sumy prądów
kolejności zerowej, płynących w przewodach fazowych obwodu roboczego z dala od miejsca
zwarcia i od układu uziomowego instalacji:

''

k1

E

0

E

3

I

I

I

I

r

→

=

.

(3.2)

Im mniejsza wartość współczynnika redukcyjnego, tym lepiej. Jego wartość zależy przede

wszystkim od stosunku indukcyjności wzajemnej przewodu roboczego i przewodu powrotnego do
indukcyjności własnej tego ostatniego, ale także

− w mniejszym stopniu − od rezystancji przewodu

11

powrotnego i rezystywności gruntu. Dla polietylenowych kabli średniego napięcia o żyle powrotnej
miedzianej 16 mm

2

współczynnik powrotny r = 0,50

÷0,60 [11, 12], co oznacza mniej więcej dwu-

krotne zmniejszenie prądu uziomowego I

E

i ceteris paribus dwukrotne zmniejszenie napięcia uzio-

mowego U

E

. Dla podobnych kabli o żyle powrotnej 50 mm

2

można oczekiwać korzystniejszej war-

tości współczynnika redukcyjnego (r

≤ 0,30).

4. Zasady oceny stanu ochrony przeciwporażeniowej w stacjach

W następstwie zwarcia doziemnego w urządzeniu elektroenergetycznym i rozpraszania prądu

uziomowego I

E

, przez uziemienie ochronne o impedancji uziemienia Z

E

, potencjał uziomu stacyj-

nego względem odległej ziemi odniesienia wzrasta do poziomu określonego przez napięcie uzio-
mowe U

E

= I

E

·Z

E

(rys. 8). Rozkład potencjału na powierzchni gruntu względem ziemi odniesienia

zależy od ukształtowania układu uziomowego. Korzystne są uziomy sterujące rozkładem potencja-
łu, czyli uziomy wyrównawcze: poziome pierścieniowe bądź kratowe, na niedużej głębokości, za-
pewniające mały gradient potencjału na powierzchni i w konsekwencji

− małe napięcia dotykowe

(krokowe) spodziewane. Takie uziomy wyrównawcze są szczególnie potrzebne w miejscach, gdzie
często przebywają bądź mogą przebywać ludzie, zarówno osoby postronne (np. pobliże dróg, trak-
tów pieszych i przystanków, tereny rekreacyjne), jak i osoby wykwalifikowane (np. stanowiska ob-
sługi i czynności manewrowych). Na rys. 8 przedstawiono poglądowo rozkład potencjału na po-
wierzchni gruntu i poszczególne napięcia wchodzące w rachubę przy ocenie stanu ochrony.

Rys. 8. Poglądowe przedstawienie relacji między różnymi napięciami istotnymi dla oceny stanu ochrony od porażeń

Dla ułatwienia projektowania instalacji uziemiających można ten rozkład potencjału opisać za

pomocą parametrów liczbowych, wprowadzając dwa współczynniki, oba o wartości liczbowej leżą-
cej w zakresie od zera do jedności

〈0 ÷ 1〉. Współczynnik dotykowy

α

ST

jest stosunkiem napięcia

dotykowego spodziewanego U

ST

do napięcia uziomowego U

E

i ma wartość zależną od ukształtowa-

nia uziomu, tym mniejszą, im bardziej wyrównany jest rozkład potencjału na powierzchni gruntu.
W materiałach pomocniczych do projektowania [1, 4, 6] można znaleźć porady odnośnie do pożą-
danych wartości tego parametru i sposobów ich uzyskania, a także wartości liczbowe

α

ST

w róż-

nych miejscach typowych konfiguracji układów uziomowych:

E

ST

ST

U

U

=

α

.

(4.1)

Z kolei współczynnik rażeniowy

α

T

jest stosunkiem napięcia dotykowego rażeniowego U

T

do napięcia dotykowego spodziewanego U

ST

i ma wartość liczbową łatwą do określenia, jedno-

12

znacznie wynikającą z rys. 4 i towarzyszących mu wyjaśnień. Można ją zmniejszać, wprowadzając
warstwy powierzchniowe o dużej rezystywności i/lub

− tylko dla personelu obsługi − obuwie die-

lektryczne o kontrolowanych parametrach:

s

a1

B

B

a2

a1

B

B

ST

T

T

5

,

1

ρ

α

+

+

=

+

+

=

=

R

Z

Z

R

R

Z

Z

U

U

.

(4.2)

Nietrudno zauważyć, że oba współczynniki wiążą napięcie dotykowe rażeniowe U

T

, stano-

wiące ostateczne kryterium oceny skuteczności ochrony, z napięciem uziomowym U

E

, najłatwiej

dostępnym parametrem charakteryzującym instalację uziemiającą:

E

T

ST

T

U

U

⋅

⋅

=

α

α

.

(4.3)

Optymalizacja układu uziomowego stacji czy innego obiektu elektroenergetycznego nie pole-

ga na minimalizacji za wszelką cenę napięć dotykowych rażeniowych. Wystarczy, że te napięcia
nie przekraczają wartości dopuszczalnych (U

Tp

), nawet mogą pozostać bliskie wartości dopuszczal-

nych, jeżeli dalsze ich zmniejszanie wiązałoby się ze znacznym wzrostem nakładów. Ważny jest
stan ochrony na terenie obiektu, ale jeszcze ważniejszy jest stan ochrony poza nim, tzn. na granicy
obiektu (ogrodzenie, ściany, słupy itp.) i w dalszej odległości, jeżeli zachodzić może przenoszenie
potencjału przez przewodzące elementy liniowe (osłony kabli, rurociągi, szyny kolejowe itp.).

Norma [12] podaje algorytm przedstawiający procedurę oceny instalacji uziemiającej ze

względu na skuteczność ochrony przeciwporażeniowej, przy czym kryterium rozstrzygającym jest
nieprzekroczenie w żadnym miejscu dopuszczalnego napięcia dotykowego rażeniowego (U

Tp

), a in-

ne napięcia (U

E

, U

ST

) mają znaczenie pomocnicze (rys. 9). Ocenie podlega „projekt podstawowy”,

czyli instalacja uziemiająca o konfiguracji dobranej do geometrii dostępnego terenu i rozmieszcze-
nia elementów podlegających uziemieniu, o rezystancji uziemienia spełniającej inne stawiane wy-
magania (względy funkcjonalne, ochrona odgromowa, telekomunikacja), o uziomach i przewodach
uziemiających poprawnie dobranych ze względu na wytrzymałość mechaniczną, odporność koro-
zyjną i obciążalność cieplną.

Rys. 9. Procedura oceny instalacji uziemiającej ze względu na dopuszczalne napięcia uziomowe, napięcia dotykowe
spodziewane i napięcia dotykowe rażeniowe [12]

13

Przyjmuje się (p. 9.2.4.2 normy [12]) bez dalszego postępowania

− czego rys. 9 nie ujmuje −

że wymaganie podstawowe (U

T

≤ U

Tp

) jest spełnione siłą rzeczy, jeżeli „rozpatrywana instalacja

uziemiająca jest częścią zespolonej instalacji uziemiającej” (ang. global earthing system). Ten ter-
min norma (p. 2.7.14.5) tak definiuje: „zespolona instalacja uziemiająca

− równoważny układ

uziemiający, utworzony przez wzajemne połączenie lokalnych instalacji uziemiających, który dzię-
ki bliskości instalacji uziemiających zapewnia, że nie występują wówczas niebezpieczne napięcia
dotykowe. Rozwiązanie to prowadzi do takiego rozpływu prądu zwarcia doziemnego, który powo-
duje obniżenie napięcia uziomowego w lokalnej instalacji uziemiającej i kształtuje prawie ekwi-
potencjalną powierzchnię”. Ta definicja mówi wszystko i nic. Wszystko, bo podaje najważniejszy
wyróżnik zespolonej instalacji uziemiającej: niemal ekwipotencjalna powierzchnia na dużym tere-
nie, jaki ta instalacja obejmuje, przy zwarciu doziemnym w dowolnym miejscu tego terenu i w
urządzeniu o dowolnym napięciu znamionowym. Nic, bo nie daje żadnej praktycznej wskazówki,
pozwalającej łatwo taką zespoloną instalację uziemiającą zidentyfikować. Projekty robocze normy
[10, 11] wyjaśniały, że chodzi o system połączonych ze sobą lokalnych uziemień urządzeń elektro-
energetycznych różnych napięć, uziomów fundamentowych budowli, uziemionych powłok i żył
powrotnych kabli i wszelkich innych uziomów dostępnych na zajmowanym terenie. W literaturze
można spotkać rozbieżne próby [2, 3, 5] uściślenia definicji podanej w normie i byłby czas na jakąś
jednolitą interpretację oficjalną. Najwyraźniej chodzi o instalację zajmującą duży teren (np. co naj-
mniej 10 km

2

[5]), na którym są połączone ze sobą wszelkie uziomy (w większości mające charak-

ter uziomów wyrównawczych, poziomych), w tym co najmniej 20 lokalnych uziemień stacyjnych
[2], przy czym sąsiednie uziemienia lokalne są blisko siebie w sensie elektrycznym, co oznacza, że
największa dopuszczalna odległość między nimi powinna być uzależniona od wypadkowej konduk-
tancji łączących je przewodów [2].

Podobnie przyjmuje się bez dalszego postępowania, że wymaganie podstawowe (U

T

≤ U

Tp

)

jest spełnione siłą rzeczy (por. rys. 8 i 4), jeżeli napięcie uziomowe U

E

nie przekracza 2-krotnej

wartości największego dopuszczalnego napięcia dotykowego rażeniowego U

Tp

, tzn. jeżeli jest speł-

niony warunek: U

E

≤ 2U

Tp

.

Jeżeli napięcie uziomowe jest większe, ma wartość z przedziału U

E

= (2

÷4)U

Tp

, to

− nadal bez

obliczania i analizowania wartości napięć dotykowych rażeniowych

− projekt podstawowy instala-

cji uziemiającej można uratować (rys. 9), wprowadzając wskazane przez normę „określone uznane”
uzupełniające środki ochrony od porażeń, oznaczone literą M i cyfrą lub cyframi (tabl. 4). Sprowa-
dzają się one do następujących rozwiązań:
ƒ

dodatkowy uziom wyrównawczy albo zmniejszenie ok projektowanego uziomu kratowego,

ƒ

warstwy powierzchniowe o dużej rezystywności,

ƒ

przewodzące stanowisko obsługi, np. metalowa krata lub płyta połączona ze wszystkimi czę-

ściami przewodzącymi jednocześnie dostępnymi i z układem uziemiającym obiektu,

ƒ

pokrycie izolacyjne elementów przewodzących albo zastąpienie ich elementami izolacyjnymi,

ƒ

izolacyjne przegrody uniemożliwiające jednoczesne dotknięcie określonych części.

Tablica 4. Zakres stosowania uzupełniających środków ochrony M [12]

Na terenie obiektu

Czas trwania zwarcia

doziemnego t

F

Napięcie

uziomowe U

E

Przy zewnętrznych ścianach

i ogrodzeniach obiektu

wnętrzowego napowietrznego

U

E

≤ 4U

Tp

M1 lub M2

M3

M4.1 lub M4.2

t

F

> 5 s

U

E

> 4U

Tp

sprawdzić, czy U

T

≤ U

Tp

M3 M4.2

U

E

≤ 4U

Tp

M1 lub M2

M3

M4.2

t

F

≤ 5 s

U

E

> 4U

Tp

sprawdzić, czy U

T

≤ U

Tp

Jak wynika z algorytmu (rys. 9) oraz tabl. 4, nie da się uniknąć szczegółowego sprawdzania

poziomu napięć dotykowych rażeniowych, jeżeli napięcie uziomowe przekracza 4-krotną wartość
największego dopuszczalnego napięcia dotykowego rażeniowego U

Tp

, tzn. jeżeli zachodzi warunek:

14

U

E

> 4U

Tp

. W razie stwierdzenia, że największe dopuszczalne wartości U

Tp

są przekroczone, wcho-

dzą w rachubę

− zwłaszcza na etapie projektowania − rozliczne środki zaradcze:

a) zmierzające do zwiększenia wartości największego dopuszczalnego napięcia dotykowego ra-

żeniowego U

Tp

− zmniejszenie czasu trwania zwarcia doziemnego t

F

,

b) zmierzające do zmniejszenia wartości napięcia uziomowego U

E

− zmiana sposobu uziemienia

punktu neutralnego sieci SN w celu zmniejszenia wartości prądu zwarcia doziemnego I

F

,

zmniejszenie wartości współczynnika redukcyjnego r, zmniejszenie impedancji uziemienia Z

E

rozpatrywanego uziomu, np. przez wykonanie dodatkowych uziomów pionowych lub przyłą-
czenie dostępnych sąsiednich uziomów fundamentowych, liniowych bądź innych,

c) zmierzające do zmniejszenia wartości współczynników dotykowych

α

ST

− zmniejszenie wy-

miarów ok uziomu kratowego, korekta wzajemnej odległości i głębokości pogrążenia kolejnych
otoków wyrównawczego uziomu otokowego (pierścieniowego), dodatkowe uziomy wyrów-
nawcze w miejscach o przekroczonej wartości U

Tp

,

d) zmierzające do zmniejszenia wartości współczynników rażeniowych

α

T

− wykonanie w wy-

branych miejscach warstw powierzchniowych o dużej rezystywności.

Osobnego sprawdzenia, niezależnie od algorytmu z rys. 9, wymagają wartości napięcia

przenoszonego poza teren rozpatrywanego obiektu elektroenergetycznego, jeżeli takie zjawisko
może występować. Załącznik F (normatywny) normy [12] podaje sposoby ograniczania napięcia
przenoszonego.

5. Uziemienia w stacjach transformatorowo-rozdzielczych SN/nn

Na pytanie „łączyć czy nie łączyć różne uziemienia występujące w jednym obiekcie”, odpo-

wiedź jest prosta

− łączyć, jeżeli nie ma ważnych przeciwwskazań. Daje to rozwiązanie prostsze

układowo, tańsze i na ogół bardziej bezpieczne, bo zapobiega niespodziewanym różnicom potencja-
łów między różnymi częściami, co może być niebezpieczne nie tylko ze względów porażeniowych.
Na rysunkach 10 i 11 można prześledzić i porównać oddziaływanie zwarcia doziemnego po wyso-
konapięciowej stronie stacji SN/nn na sytuację w sieci niskonapięciowej o najbardziej rozpo-
wszechnionym układzie TN w dwóch sytuacjach: oddzielnego i wspólnego uziemienia urządzeń SN
i urządzeń nn. Chodzi tu o wpływ uszkodzenia powstałego w poprzedzającej, ale galwanicznie od-
dzielonej sieci.

R

B

PEN

U

2

= U

o

U

F

= 0

U

1

= U

o

+ I

E

⋅R

E

''

1

k

E

I

r

I

⋅

=

( )

''

k1

1

I

r

⋅

−

''

k1

I

R

E

TN

Rys. 10. Skutki zwarcia doziemnego po stronie SN stacji SN/nn o oddzielnych uziemieniach dla urządzeń wysokiego
napięcia i urządzeń niskiego napięcia

Przy oddzielnych uziemieniach (rys. 10) prąd uziomowy, w razie zwarcia po stronie SN sta-

cji, odpływa do ziemi tylko przez uziemienie stacyjne R

E

, wobec tego musi ono mieć małą rezy-

stancję, co wiąże się z większym kosztem. Ponadto w samej stacji zwiększają się (o wartość

15

E

''

1

k

R

I

r

⋅

⋅

) narażenia izolacji doziemnej urządzeń niskiego napięcia, co może wymagać karkołom-

nych środków zaradczych. Dawniej za wystarczającą uważano izolację o wytrzymałości elektrycz-
nej 4 kV, co w razie potrzeby uzyskiwano, mocując w rozdzielnicy (montowanej w miejscu zainsta-
lowania) aparaty do konstrukcji wsporczej za pośrednictwem płyt izolacyjnych. W dzisiejszych pre-
fabrykowanych małogabarytowych rozdzielnicach na ogół byłoby to niewykonalne.

R

B

PEN

U

2

= U

o

U

F

= I

E

⋅R

B

U

1

= U

o

''

1

k

E

I

r

I

⋅

=

( )

''

k1

1

I

r

⋅

−

''

k1

I

TN

Rys. 11. Skutki zwarcia doziemnego po stronie SN stacji SN/nn o wspólnym uziemieniu dla urządzeń wysokiego na-
pięcia i urządzeń niskiego napięcia

Uziemienie stacyjne, jak każde inne uziemienie ochronne urządzeń wysokiego napięcia, po-

winno być tak wykonane, aby nie były przekroczone największe dopuszczalne napięcia dotykowe
rażeniowe (U

T

≤ U

Tp

). Pamiętając o algorytmie z rys. 9, można jednak ominąć złożoną procedurę

obliczania napięć U

T

, jeżeli tak się zaprojektuje uziemienie ochronne, aby napięcie uziomowe nie

przekraczało 2-krotnej wartości największego dopuszczalnego napięcia dotykowego rażeniowego
(U

E

≤ 2U

Tp

). Rezystancja uziemienia ochronnego stacji z rys. 10 powinna w takim przypadku speł-

niać warunek:

''

k1

Tp

E

Tp

E

2

2

I

r

U

I

U

R

⋅

=

≤

.

(5.1)

Zawsze wolno tak postąpić, ale jest to racjonalne pod warunkiem, że nie okaże się znacznie

droższe od pomysłowo ukształtowanego uziomu wyrównawczego, pozwalającego mniejszym kosz-
tem spełnić warunek podstawowy (U

T

≤ U

Tp

).

Przy wspólnym uziemieniu (rys. 11) ogół uziemień przewodów ochronnych (PEN, PE) sieci

TN, o bardzo małej rezystancji wypadkowej, bierze udział w odprowadzaniu prądu uziomowego
przy zwarciu po stronie SN stacji i niejako wspomaga uziom stacyjny. Na przewodach ochronnych
całej sieci niskiego napięcia pojawia się napięcie względem ziemi odniesienia o wartości

B

''

1

k

F

R

I

r

U

⋅

⋅

=

. Co prawda połączenia wyrównawcze główne sprawiają, że w ogóle nie objawia się

ono we wnętrzu budynków, ale norma [17] wymaga, aby to napięcie nie przekraczało największej
dopuszczalnej wartości napięcia w miejscu uszkodzenia U

Fp

, wynikającej z rys. 12. Powinien być

zatem spełniony warunek:

Fp

B

''

1

k

F

U

R

I

r

U

≤

⋅

⋅

=

.

(5.2)

Wypadkowa rezystancja wszystkich uziemień sieci TN, mającej wspólne uziemienie urządzeń

SN oraz urządzeń nn w stacji zasilającej, powinna zatem spełniać warunek:

''

k1

Fp

E

Fp

B

I

r

U

I

U

R

⋅

=

≤

.

(5.3)

16

Rys. 12. Największe dopuszczalne napięcie uziomowe
U

Fp

i największe dopuszczalne napięcie dotykowe

spodziewane U

STp

, w zależności od czasu trwania

zwarcia doziemnego t

F

[17]

W przypadku wspólnego uziemienia (urządzeń SN i nn) w stacji zasilającej niskonapięciową

sieć o układzie TN nie ma żadnego wymagania odnośnie do rezystancji uziemienia w samej stacji.
Nie ma takiego wymagania ani z punktu widzenia ochrony od porażeń przy urządzeniach SN, ani
z punktu widzenia ochrony od porażeń w sieci nn. Norma [17] stawia natomiast pewne wymagania
odnośnie do pojedynczych uziemień w sieci nn (R

≤ 30 Ω) oraz odnośnie do rozmieszczenia tych

uziemień w obrębie sieci, zwłaszcza napowietrznych, i odnośnie do wypadkowej rezystancji grupy
uziemień w pobliżu stacji i w pobliżu krańców sieci. I tak, na obszarze koła o średnicy 200 m za-
kreślonego dowolnie dookoła stacji powinny się znaleźć galwanicznie połączone ze sobą uziemie-
nia o wypadkowej rezystancji nieprzekraczającej 5

Ω (

ρ

min

/100 w omach, jeżeli rezystywność grun-

tu

ρ

min

≥ 500 Ωm).

Urządzenia średnich napięć nie nastręczają szczególnych trudności, jeżeli chodzi o ochronę od

porażeń, ale ze względu na ich rozpowszechnienie, ogromną różnorodność zastosowań i warunków
instalowania niejednokrotnie występują zaskakujące dylematy techniczne.

6. Bibliografia
1. Campoccia A., Mineo L., Zizzo G.: A method to evaluate voltages to earth during an earth fault

in an HV network in a system of interconnected earth electrodes of MV/LV substations. IEEE
Trans. Power Delivery, 2008, No. 4.

2. Desmedt M., Hoeffelman J., Halkin D.: Use of a global earthing system to implement the safety

requirements for protecting against indirect contacts in HV systems. CIRED 2001, Conference
Publication No. 482.

3. Jabłoński W.: Ocena skuteczności uziemienia stacji elektroenergetycznych SN/nn podczas

zwarć doziemnych

− mity i rzeczywistość. Miesięcznik SEP „Informacje o normach i przepi-

sach elektrycznych”, nr 107 (sierpień 2008).

4. IEEE Std 80-2000. IEEE Guide for safety in AC substation grounding. New York, 2000.
5. Central Networks Earthing Manual. Section E1. Scope, references & definitions. London, 2007.
6. EEA Guide to power system earthing practice. MEL-R168 Rev 10. Electricity Engineers Asso-

ciation of New Zealand, June 2008.

17

7. EG-0 Power system earthing guide. Part 1: Management principles. Draft – August 2009. En-

ergy Networks Association, Australia.

8. Spécification technique HN 52-S-25: Impédances de compensation pour la mise à la terre du

neutre des réseaux HTA aériens et mixtes. EdF, Centre de Normalisation, 2001.

9. IEC TS 60479-1:2005 Effects of current on human beings and livestock

− Part 1: General as-

pects.

10. prEN 50179:1994 Erection of electrical power installations in systems with nominal voltages

above 1 kV a.c.

11. HD 637 S1:1999 Power installations exceeding 1 kV a.c.
12. PN-E-05115:2002 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od

1 kV.

13. IEC 61936-1:2002 (Edition 1) Power installations exceeding 1 kV a.c.

− Part 1: Common rules.

14. RDIS IEC 61936-1:2010 (Edition 2) Power installations exceeding 1 kV a.c.

− Part 1: Common

rules (przewidywana data publikacji normy: sierpień 2010).

15. prIEC 61936-2 Power installations exceeding 1 kV a.c.

− Part 2: Particular requirements for

transmission and distribution installations.

16. prIEC 62632-1 Power installations exceeding 1,5 kV d.c.

− Part 1: Common rules.

17. N SEP-E-001:2003 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.

Dane bibliograficzne

Musiał E.: Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach średniego napięcia. Aktualny stan
normalizacji. W: [Materiały] Konferencja „Automatyka, elektryka, zakłócenia” Jurata, 23-26
czerwca 2010 r. Gdańsk: INFOTECH, 2010, s. 85-100.

18

ANEKS AKTUALIZACYJNY

Zamieszczony wyżej referat Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach średniego napię-

cia

−

Aktualny stan normalizacji został przedstawiony na konferencji AUTOMATYKA, ELEK-

TRYKA, ZAKŁÓCENIA w Juracie, w czerwcu 2010 r. W rozdziale 1 referatu objaśniono Założe-
nia i tok prac normalizacyjnych. Niektóre anonsowane tam zamierzenia normalizacyjne zostały sfi-
nalizowane 29 kwietnia 2011 r., kiedy opublikowano, w angielskiej wersji językowej, dwie Polskie
Normy PN-EN zastępujące normę własną PN-E-05115:2002 (zgodną z HD 637 S1:1999), na której
opierały się informacje zawarte w referacie. Zachodzi pytanie, jakie są konsekwencje merytoryczne
oraz konsekwencje prawne zatwierdzenia i publikacji nowych norm. Opublikowano mianowicie na-
stępujące normy:
ƒ

PN-EN 50522:2011 Uziemienie instalacji elektroenergetycznych prądu przemiennego o napię-

ciu wyższym od 1 kV (oryg.). Wprowadza: EN 50522:2010 [IDT]. Zastępuje: PN-E-
05115:2002.

ƒ

PN-EN 61936-1:2011/AC:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu

wyższym od 1 kV

− Część 1: Postanowienia ogólne (oryg.). Wprowadza: EN 61936-

1:2010/AC:2011 [IDT]. Zastępuje: PN-E-05115:2002.

Odpowiedzialny inżynier

− zajmujący się uziemieniami w urządzeniach wysokiego napięcia,

zwłaszcza projektant

− powinien od razu zainteresować się, jakie wprowadzono zmiany i jakie mo-

gą być ich konsekwencje. Natomiast skutki prawne będą odłożone w czasie. Dopóki nowe normy
nie zostaną opublikowane w języku polskim, dopóty nie mogą być przywoływane w przepisach i
formalnie nie można wymagać ich przestrzegania. Norma własna PN-E-05115:2002 została wyco-
fana z dniem publikacji nowych norm, które ją zastępują, bo taką praktykę PKN słusznie przyjął
decyzją z dnia 28 stycznia 2011 r., aby w zbiorze aktualnych norm PN nie było dokumentów wza-
jemnie sprzecznych. Oznacza to, że norma PN-E-05115:2002 została wycofana ze zbioru aktual-
nych norm PN do zbioru archiwalnych norm PN. Natomiast nie oznacza to, że została ona unie-
ważniona, bo obecnie takiej kwalifikacji w odniesieniu do norm w ogóle nie stosuje się. Tym sa-
mym stosowanie normy PN-E-05115:2002 nie jest zakazane:
1) w okresie przejściowym

− w odniesieniu do obiektów nowo projektowanych i nowo budowa-

nych,

2) bezterminowo

− w odniesieniu do obiektów istniejących, w których nie wprowadzano zmian za-

sadniczych po upływie okresu przejściowego.

Okres przejściowy kończy się nieodwołalnie z określonym w dokumencie EN ostatecznym

terminem wycofania norm krajowych sprzecznych z wprowadzaną nową normą (date of withdra-
wal, w skrócie DOW). Dla obu wymienionych wyżej norm jest to 1 listopada 2013 r.

Z treścią referatu jest związana przede wszystkim pierwsza z wymienionych norm: PN-EN

50522:2011. Wprowadzone przez nią zmiany nie mają wpływu na zamieszczone w referacie rysun-
ki 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10 ani na tablicę 4; nie mają też wpływu na odnoszące się do nich objaśnienia w
tekście referatu. Nowe normy nie zmieniają filozofii ochrony, głównych zasad jej projektowania,
wykonywania i sprawdzania. Utrzymano te same graniczne dopuszczalne czasowo-prądowe para-
metry rażenia, mianowicie krzywą c

2

, oznaczającą prawdopodobieństwo wywołania fibrylacji serca

wynoszące 5%. Utrzymano też zasadę przyjmowania do obliczeń kwantylu 50% impedancji ciała
na drodze rażenia od lewej ręki do obu stóp. Mimo to nieco zmieniły się największe dopuszczalne
wartości napięcia dotykowego rażeniowego U

Tp

w zależności od czasu rażenia t

F

. Stało się to z kil-

ku powodów, które procedurę ustalania wartości U

Tp

poważnie skomplikowały.

Po pierwsze, skorygowano, podane w tabl. 1 referatu, wzorcowe wartości impedancji ciała

na drodze ręka-ręka przy suchej skórze (kwantyl 50%), w zależności od napięcia dotykowego raże-
niowego. Zmiany są wyraźne przy największych wartościach napięcia dotykowego rażeniowego.

19

Tablica 1. Impedancja ciała na drodze ręka-ręka przy suchej skórze (kwantyl 50%), w zależności od

napięcia dotykowego rażeniowego

−

wyróżniono zmiany wprowadzone przez normę PN-

EN 50522 w Tablicy B.2

Napięcie dotykowe rażeniowe U

T

Impedancja

ciała człowieka Z

B

V

Ω

25 3250
50 2625

2500

75 2200

2000

100 1875

1725

125 1625

1550

150 1400
175 1325
200 1275

220 1350

225 1225
400 950
500 850

700 1100

775

1000 1050

775

Po drugie, kolejny krok

− zmierzający do określenia największej dopuszczalnej wartości na-

pięcia dotykowego rażeniowego U

Tp

w zależności od czasu rażenia t

F

− wykonano w sposób znacz-

nie bardziej zawiły niż w dotychczasowej normie. Mianowicie każda wynikowa wartość U

Tp

jest

średnią ważoną dla czterech przypadków drogi przepływu prądu rażeniowego, z których każdej
przypisano wagę stosownie do prawdopodobieństwa wystąpienia: lewa ręka

− obie stopy (waga

1,0), prawa ręka

− obie stopy (waga 1,0), obie ręce − obie stopy (waga 1,0) oraz ręka − ręka (waga

0,7). Obliczenia dla każdej z dróg przepływu prądu rażeniowego uwzględniają współczynniki ko-
rekcyjne impedancji ciała (BF

− body factor) oraz zagrożenia fibrylacją serca (HF − heart current

factor). Wyniki tych obliczeń, na których bazuje norma PN-EN 50522:2011, przedstawiono na rys.
3 oraz w tabl. 2.

Rys. 3. Największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U

TP

w zależności od czasu przepływu prądu rażenio-

wego t

F

−

według Rys. 4 aktualnej normy PN-EN 50522:2011

20

Po trzecie, największe dopuszczalne wartości napięcia dotykowego rażeniowego U

Tp

okre-

ślono poczynając od czasu t

F

= 10 ms, a nie 50 ms, jak w normie PN-E-05115:2002. Ma to niewiel-

kie znaczenie praktyczne, bo zmniejszenie czasu trwania zwarcia wyraźnie poniżej 50 ms wymaga-
łoby stosowania wymyślnych i kosztownych układów zabezpieczeń oraz urządzeń wyłączających,
nawet ograniczników prądu zwarciowego.

Tablica 2. Największe dopuszczalne napięcia dotykowe rażeniowe (U

Tp

), w zależności od czasu rażenia

(t

F

)

−

wyróżniono zmiany wprowadzone przez normę EN 50522 w Tablicy B.3

Czas rażenia t

F

Największe dopuszczalne napięcie dotykowe rażeniowe U

Tp

[s] [V]

>> 10

80

10

,00

80

85

5,00 86
2,00 96

1,1 100

1,00 117

0,72 125
0,64 150

0,50 220

0,49 220
0,39 300
0,29 400
0,20 500

537

0,14 600

0,10 654

0,08 700

0,05 716

0,04 800

Po czwarte, tylko w zakresie czasów rażenia t

F

< 0,1 s nowa norma nieco zaostrza wymaga-

nia, tzn. obniża największe dopuszczalne wartości napięcia dotykowego rażeniowego U

Tp

. Nato-

miast dla czasów trwania zwarcia z ziemią t

F

> 0,5 s największe dopuszczalne wartości napięcia do-

tykowego rażeniowego U

Tp

przepisane przez nową normę PN-EN 50522:2011 (rys. 3 i tabl. 2 w ni-

niejszym aneksie) są nieco większe niż w normie PN-E-05115:2002 (rys. 3 w poprzedzającym refe-
racie). Góra urodziła mysz! Te kosmetyczne zmiany, uzasadnione w sposób niezwykle zawiły, nie
mają większego znaczenia dla praktyki projektowej, a sugerowana dokładność niektórych wartości
liczbowych, osiągająca nawet cztery cyfry znaczące (t

F

= 10,00 s w tabl. 2), wynika z niezrozumie-

nia przez autorów normy sensu i konsekwencji takiego zapisu.

Skoro zmieniły się największe dopuszczalne napięcia rażeniowe U

Tp

= f(t

F

), to nieuchronnie

zmieniły się również największe dopuszczalne napięcia dotykowe spodziewane U

STp

= f(t

F

), mimo

że nie zmieniono umownych wartości rezystancji dodatkowych: obuwia ani stanowiska. Odpo-
wiednie zależności są przedstawione na rys. 6 poprzedzającego referatu zgodnie z dotychczasową
normą PN-E-05115:2002 oraz na rys. 6 niniejszego aneksu – zgodnie z nową normą PN-EN
50522:2011. Na pierwszy rzut oka wykresy wyglądają zupełnie inaczej, ale to wynik rozszerzenia
zakresu wartości czasów rażenia t

F

na osi odciętych w nowej normie oraz przyjęcia podziałki linio-

wej na osi rzędnych, podczas gdy w dotychczasowej normie była tam podziałka logarytmiczna.
Bliższy ogląd wskazuje, że różnice między obydwoma zestawieniami krzywych nie są znaczące,

21

poza dolną linią (1), przedstawiającą największe dopuszczalne napięcie rażeniowe U

Tp

= f(t

F

), jak

na rys. 3.

Rys. 6. Największe dopuszczalne napięcie dotykowe spodziewane U

STp

z uwzględnieniem dodatkowych rezy-

stancji R

a

(obuwia oraz stanowiska)

−

według Rys. 4 aktualnej normy PN-EN 50522:2011

krzywa (1)

− bez dodatkowych rezystancji (R

a

= 0), czyli przebieg U

tp

(t

F

) z rys. 3

krzywa (2) – R

a

= 750

Ω (R

a1

= 0

Ω

ρ

s

= 500

Ωm)

krzywa (3) – R

a

= 1750

Ω (R

a1

= 1000

Ω

ρ

s

= 500

Ωm)

krzywa (4) – R

a

= 2500

Ω (R

a1

= 1000

Ω

ρ

s

= 1000

Ωm)

krzywa (5) – R

a

= 4000

Ω (R

a1

= 1000

Ω

ρ

s

= 2000

Ωm)

Nieco poważniejsze konsekwencje dla praktyki projektowej ma modyfikacja wymagań, zale-

ceń i uwag odnoszących się do wartości prądów, które należy uwzględniać przy projektowaniu in-
stalacji uziemiających, w zależności od sposobu uziemienia punktu neutralnego sieci i usytuowania
rozpatrywanej stacji. Chodzi nie tyle o wagę każdej ze zmian z osobna, ile o ich dużą łączną liczbę
w obrębie tej jednej tablicy. Dotychczasowe wymagania normy PN-E-05115:2002 są przedstawione
w tabl. 3 poprzedzającego referatu, a zmiany wprowadzone przez normę PN-EN 50522:2011 są
wyeksponowane w tabl. 3 niniejszego aneksu.

Zmieniono układ tablicy. Połączono ostatnie cztery wiersze dotychczasowej tablicy, ujednoli-

cając wymagania dla wszelkich sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez małą impedancję za-
równo trwale, jak i dorywczo (krótkotrwale) w celu ułatwienia detekcji i wyłączania zwarć doziem-
nych. W warunkach krajowych chodzi o sieci średnich napięć o punkcie neutralnym (trwale) uzie-
mionym przez rezystor oraz o sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez dławik gaszący (sieci
skompensowane) uzupełniony

− załączanym krótkotrwale − rezystorem do samoczynnego wymu-

szania składowej czynnej prądu zwarcia doziemnego (AWSC).

W sieciach o punkcie neutralnym izolowanym bądź uziemionym przez dławik gaszący

− w

szerszym niż dotychczas zakresie i na ogół bezwarunkowo

− nowa norma nakazuje przyjmować

prąd dwumiejscowego zwarcia z ziemią za podstawę wymiarowania uziomów i przewodów uzie-
miających ze względu na narażenia cieplne.

22

Tablica 3. Prądy, które należy uwzględniać przy projektowaniu instalacji uziemiających

−

wyróżniono zmiany wpro-

wadzone przez normę EN 50522 w Tablicy 1

Prąd decydujący o

narażeniach cieplnych

1)

a e

Rodzaj sieci wysokiego napięcia

uziomu

przewodów

uziemiających

Prąd uwzględniany przy obliczaniu

napięcia uziomowego i napięć do-

tykowych rażeniowych

Sieci o izolowanym punkcie neutralnym

I

”

kEE

6)

I

”

kEE

9)

C

E

E

I

r

I

⋅

=

7)

b

Stacje bez dławika
gaszącego

f

I

”

kEE

6)

I

”

kEE

3)

9)

res

E

E

I

r

I

⋅

=

b

Sieci skompensowane

Stacje z dławikiem
gaszącym

I

”

kEE

6)

I

”

kEE

3)

9)

c

res

L

E

E

2

2

I

I

r

I

+

⋅

=

2)

b h

Stacje bez uzie-
mienia punktu
neutralnego

I

”

k1

I

”

k1

I

E

=

r

⋅ I

”

k1

Sieci o punkcie neutralnym
uziemionym przez małą im-
pedancję (również krótko-
trwale w celu ułatwienia wy-
zwalania zabezpieczeń)

g

Stacje z uziemie-
niem punktu neu-
tralnego

I

”

k1

I

”

k1

I

E

=

r (I

”

k1

− I

N

)

d

Sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez małą impedan-
cję

I

”

k1

4)

I

”

k1

)

5

E

I

Stacje o punkcie neutralnym do-
rywczo uziemianym (AWSC)

I

”

k1

4)

I

”

k1

8)

)

5

E

I

z dławikiem
gaszącym

2)

2

res

2

L

E

E

I

I

r

I

+

⋅

=

Sieci skompensowane z
punktem neutralnym do-
rywczo uziemianym przez
małą impedancję
(AWSC)

Inne stacje

bez dławika
gaszącego

–

6)

I

”

kEE

3)

res

E

E

I

r

I

⋅

=

a

4) Jeżeli prąd może płynąć różnymi drogami, to przewody uziemiające można wymiarować stosownie do wypad-

kowego rozpływu prądów.

b Jeżeli zwarcia doziemne nie są samoczynnie wyłączane, to konieczność uwzględniania dwumiejscowych zwarć z

ziemią zależy od doświadczeń z eksploatacji.

7) Jeżeli w lokalnej sieci wysokiego napięcia, np. zakładu przemy-

słowego, zwarcie doziemne

może się utrzymywać stosunkowo długo, np. kilka godzin, to zaleca się brać pod uwa-

gę prąd I

”

kEE

.

c Przewód uziemiający dławika gaszącego powinien być dobrany do największego prądu znamionowego dławika.

3) Przy wymiarowaniu przewodów uziemiających dławiki gaszące, należy również uwzględnić ich prądy zna-
mionowe.

d Należy sprawdzić, czy zwarcie poza stacją może być rozstrzygające.
e Należy ponadto uwzględnić najmniejszy dopuszczalny przekrój podany w Załączniku C.
f W przypadku sieci niedokładnie skompensowanej nie można stosować ogólnego przybliżenia 10% I

C

. Należy do-

datkowo uwzględnić składową indukcyjną/pojemnościową prądu resztkowego.

2) Dotyczy sieci dobrze skom-

pensowanej. Przy znacznym rozstrojeniu

należy uwzględnić składową bierną prądu resztkowego.

g Krótkotrwałe uziemienie sieci skompensowanej odbywa się samoczynnie przed upływem 5 s od chwili wykrycia

zwarcia doziemnego.

h W razie zwarcia doziemnego w obrębie stacji należy uwzględnić pojemnościowy prąd doziemienia I

C

. Jeżeli wy-

stępują inne dławiki gaszące poza rozpatrywaną stacją, to można je uwzględnić.

Oznaczenia:
I

C

Obliczony lub zmierzony pojemnościowy prąd doziemienia.

I

res

Prąd resztkowy

(patrz Rys. 3b)

. Jeżeli wartość I

res

nie jest znana, to można przyjąć I

res

= 0,10

⋅I

C

.

I

L

Suma

prądów znamionowych równolegle połączonych dławików gaszących, zainstalowanych w rozpatrywanej

stacji.

I

”

kEE

Prąd dwumiejscowego zwarcia z ziemią, obliczony zgodnie z HD 533

EN 60909

. Jako maksymalną wartość I

”

kEE

można przyjmować 85% wartości początkowego prądu zwarciowego I

”

k1

.

I

”

k1

Prąd zwarciowy początkowy przy zwarciu faza-ziemia,

obliczony według EN 60909

.

I

E

Prąd uziomowy

(patrz Rys. 2)

I

N

Prąd zwarciowy powracający przez punkt neutralny transformatora (patrz Rys. 2)

r

E

Współczynnik redukcyjny

(patrz Załącznik I)

Jeżeli linie napowietrzne i kablowe wychodzące ze stacji mają różne współczynniki redukcyjne, to należy obli-
czyć wypadkowy prąd powrotny (zgodnie z Załącznikiem L).

Nie ma istotnych zmian w odniesieniu do wartości prądów uziomowych (ostatnia kolumna ta-

blicy), które należy przyjmować za podstawę projektowych obliczeń oraz pomiarowego sprawdza-

23

nia odbiorczego i okresowego wartości napięcia uziomowego, napięć dotykowych spodziewanych
i/lub napięć dotykowych rażeniowych.

Dla stacji o małoimpedancyjnym uziemieniu punktu neutralnego wyraźnie wskazano, że część

prądu zwarcia doziemnego (I

N

) może wracać bezpośrednio do punktu neutralnego transformatora

bez pośrednictwa ziemi i rezystancji uziemienia uziomów, a zatem nie uczestniczy w tworzeniu na-
pięcia uziomowego i napięć dotykowych. Jest to drobne uściślenie, a nie zmiana merytoryczna, bo
w dotychczasowej normie nakazywano obliczać prąd uziomowy stosownie do okoliczności, zazna-
czając, że „nie ma wzoru ogólnego”.

W nowej normie PN-EN 50522:2011 pod omawianą tablicą jest ponadto kilka innych uwag o

podobnym charakterze, które wyjaśniają niektóre wątpliwości nasuwające się przy korzystaniu z
równoważnej tablicy w dotychczasowej normie.

Obie normy opublikowane w roku 2011 mają łącznie ponad 180 stron. Wprowadzone przez

nie zmiany nie są w tekście wyróżnione, co użytkowników, zwłaszcza rzadziej stykających się z
urządzeniami wysokonapięciowymi, naraża na benedyktyńskie porównywanie tekstów dotychcza-
sowej i nowej normy, dodatkowo utrudnione zmianą układu treści nowych norm. Przydałoby się w
komitetach normalizacyjnych trochę szacunku dla użytkowników norm. Normy byłyby wtedy no-
welizowane rzadziej i mądrzej, tylko w razie istotnej potrzeby, a wprowadzane zmiany byłyby wi-
doczne na pierwszy rzut oka i byłyby w załączniku zwięźle uzasadniane. Przymuszanie użytkowni-
ków norm do bezmyślnego przestrzegania niezrozumiałych zapisów obniża rangę normalizacji.