Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

dla studentów WIP

Temat:

OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA

materiały pomocnicze do laboratorium elektroniki, elektrotechniki i energoelektroniki
wyłącznie do użytku wewnętrznego przez studentów WIP PW
bez prawa kopiowania i publikowania

Zakład Trakcji Elektrycznej

IME PW

2002

-

2

-

Bezpieczeństwo użytkowania urządzeń elektrycznych o napięciu do 1kV

1. CEL ĆWICZENIA

Poznanie sposobów ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym ludzi podczas

eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych o napięciu do 1 kV oraz przedstawienie sposobów
pomiaru skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.

2. ZASADY BEZPIECZNEGO UŻYTKOWANIA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

2.1 Zagrożenia przy użytkowaniu urządzeń elektrycznych.

Urządzenia elektryczne mogą powodować zagrożenie dla zdrowia i życia ich użytkowników i
osób postronnych w sposób bezpośredni (np. porażenie prądem elektrycznym) i pośredni
(oparzenia, uszkodzenia oczu, uszkodzenia na skutek upadku po porażeniu, pożar, wybuch).
Porażeniem prądem elektrycznym nazywa się zmiany fizyczne, chemiczne i biologiczne, jakie
wywołuje w organizmie człowieka przepływający prąd elektryczny
Istnieje wiele czynników, które mają wpływ na zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym,
do których zaliczyć można:
- znajdowania się ludzi w miejscach, gdzie eksploatuje się urządzenia elektryczne lub tam,

gdzie występuje oddziaływanie urządzeń elektrycznych na otoczenie (np. wokół
zelektryfikowanej linii kolejowej czy toru tramwaju),

- prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia urządzenia elektrycznego lub jego

niebezpiecznego oddziaływania na otoczenie,

- zwiększenie prawdopodobieństwa wystąpienia zagrożenia na skutek niekorzystnego

oddziaływania środowiska powodującego zmniejszenie odporności organizmu ludzkiego na
porażenie (np. zawilgocenie, brak obuwia, stres, zmęczenie),

- poziom napięcia zasilania urządzeń,
- czas i droga przepływu prądu rażenia przez ciało człowieka.
- zastosowanych środków od porażeń i stopnia wiedzy i świadomości osób użytkujących.
Istotne znaczenie dla zdrowia i życia ludzkiego ma działanie prądu na układ krążenia. W
wyniku przepływu prądu przez serce może dojść do zatrzymania akcji serca lub też zakłóceń w
jego pracy (skurcze mięśnia sercowego lub fibrylacja - migotanie z dużą częstotliwością
komór sercowych). W czasie rażenia prądem elektrycznym występują także zaburzenia
oddychania. Kolejnym skutkiem jest porażenie układu nerwowego, a także oddziaływanie
termiczne.
Decydujący wpływ na skutki porażenia prądem elektrycznym ma impedancja ciała ludzkiego
oraz napięcie rażeniowe, gdyż od tych wielkości zależy wartość prądu rażenia powodującego
wystąpienie reakcji patofizjologicznych organizmu.
Impedancja całkowita ciała człowieka zależy od:
- drogi przepływu prądu rażenia,
- powierzchni, kształtu i siły docisku elementów powodujących powstanie napięcia rażenia,
- stanu zawilgocenia, zabrudzenia i ewentualnego uszkodzenia naskórka,
- wartości przyłożonego napięcia rażenia,
- rodzaju, częstotliwości i czasu trwania prądu rażenia.

Najczęstszą przyczyną porażenia jest występowanie niebezpiecznych napięć dotykowych i

krokowych.

-

3

-

Napięcie dotykowe - jest to napięcie występujące między dwoma punktami nie należącymi do
obwodu elektrycznego z którymi mogą się zetknąć jednocześnie ręce lub ręka i stopa
człowieka /np. napięcie występujące między obudową silnika i ziemią lub jakąś konstrukcją
metalową/.

Napięcie rażeniowe - jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez ciało
człowieka.
Napięcie dotykowe nie zawsze jest niebezpieczne dla człowieka, nawet jeżeli przekracza
wartości napięć uznane za wartości bezpieczne, jeżeli tylko napięcie rażeniowe nie przekracza
tych wartości. Napięcie rażeniowe nie przekroczy wartości napięć niebezpiecznych wtedy, gdy
rezystancja obuwia i stanowiska będzie odpowiednio duża.

Napięcie krokowe - jest to napięcie występujące między stopami człowieka idącego po ziemi,
przez którą płynie prąd elektryczny. Napięcie krokowe występuje najczęściej przy prądach
zwarciowych zamykających się przez ziemię, np. po przebiciu izolatora na metalowym słupie.
Dla człowieka zbliżającego się do słupa napięcie krokowe może być niebezpieczne dla
zdrowia.
Podawane w literaturze jest, że dla częstotliwości 50Hz nawet długotrwały przepływ prądu na
drodze "ręka-ręka" lub "ręka-noga" o natężeniu 13mA nie wywołuje szkodliwych skutków. Ale
już prąd o natężeniu 13

÷15 mA utrudnia lub uniemożliwia samouwolnienie, powyżej 15mA

uniemożliwia samouwolnienie, a w czasie dłuższym niż 15 s bywa szkodliwy, 25mA i więcej
może zatrzymać akcję serca przy czasie kilkunastu s, zaś powyżej 75mA zwykle bywa
śmiertelny. Dla długotrwałych czasów przepływu (powyżej 3s) za górną granicę przyjmuje się
25mA. Prąd stały i przemienny o częstotliwości powyżej 500Hz stanowi mniejsze zagrożenie
niż prąd o częstotliwości sieciowej 50Hz.
Statystyki wykazują, że większość wypadków spowodowana jest błędną działalnością
człowieka, wynikającą z nierozwagi, lekkomyślności, a nawet głupoty. Liczba wypadków
porażenia prądem elektrycznym w gospodarstwach domowych jest większa niż w zakładach
przemysłowych, przy czym najwięcej porażeń notuje się przy obsłudze urządzeń przenośnych i
ruchomych. Najwięcej wypadków występuje przy obsłudze urządzeń niskiego napięcia.
Tłumaczyć to można większą dostępnością i powszechnością tych urządzeń, a także mniejszą
wiedzą użytkowników w zakresie bezpiecznej ich eksploatacji.

Ratowanie porażonych

W razie porażenia prądem elektrycznym uratowanie życia porażonego zależy w dużej

mierze od szybkości działania osób z otoczenia porażonego. Najważniejsze jest jak najszybsze
uwolnienie (o ile jest to możliwe) porażonego spod działania prądu:
- przy uwolnieniu w pierwszej minucie działania napięcia istnieje 98% szans na uratowanie

mu życia,

- po 3 minutach - 72% szans,
- po 5 minutach - 25% szans,
- po 8 minutach - tylko 5%.
W związku z tym, jeżeli w pobliżu miejsca wypadku znajdują się inne osoby to należy za ich
pomocą wezwać lekarza, a samemu niezwłocznie przystąpić do uwalniania porażonego spod
napięcia. Gdy w pobliżu nie ma nikogo, należy przystąpić do uwalniania porażonego i
jednocześnie krzykiem wzywać pomocy.
Etapy ratowania porażonych:
a.) uwolnienie spod działania prądu,
b.) udzielenie pomocy.
Do czynności grupy a.) należą:

-

4

-

- manipulacja łącznikami w celu wyłączenia napięcia w obwodzie lub urządzeniu, w którym

nastąpiło porażenie, np. otwarcie styków łącznika, wykręcenie wkładek bezpiecznikowych
(topikowych). Należy tu zwrócić uwagę na bezpieczeństwo własne, ze względu na
możliwość kontaktu z uszkodzonymi elementami (np. uszkodzone bezpieczniki) lub
częściami urządzeń znajdujących się pod napięciem. Gdy to niezbędne, stosować
wymagane środki techniczne (np. uchwyty izolacyjne) oraz środki indywidualnej ochrony
przeciwporażeniowej (obuwie izolacyjne, rękawice itp.).

- próby przerwania obwodu przepływu prądu elektrycznego przez porażoną osobę lub

oderwanie (odsunięcie) tej osoby o urządzenia pod napięciem. Stosuje się tylko w takich
przypadkach, gdy wyłączenie napięcia trwałoby zbyt długo lub byłoby utrudnione lub
bardziej niebezpieczne.

- przy porażeniu prądem w obwodzie o napięciu do 1kV również odizolowanie porażonego,

aby uniemożliwić przepływ prądu przez jego ciało. Przy przepływie prądu w obwodzie
ręka-ręka odizolowuje się porażonego spod napięcia poprzez przerwanie obwodu za
pomocą materiału izolacyjnego pod kolejno odginane palce jednej dłoni.

Przy uwalnianiu porażonego w obwodach o napięciu do 1kV jako podstawowy materiał
izolacyjny stosuje się sprzęt ochronny zasadniczy i dodatkowy taki jak: gumowe rękawice,
półbuty, dywaniki, drążki itp., a w razie braku sprzętu można stosować suche materiały
tekstylne.
Gdy porażenie nastąpiło na wysokości, a wyłączenie napięcia może spowodować upadek
groźny dla porażonego, należy przed wyłączeniem napięcia zabezpieczyć go przed skutkami
upadku. Osoba ratująca musi dobrać odpowiednią metodą i sposób uwolnienia porażonego
spod napięcia w zależności od aktualnych warunków uwzględniając własne bezpieczeństwo i
konieczność natychmiastowego uwolnienia porażonego. Po uwolnieniu porażonego spod
napięcia należy przystąpić do udzielenia mu pierwszej pomocy. Jeżeli porażony jest przytomny
i oddycha przewozi się go do najbliższego punktu pomocy medycznej w celu przeprowadzenia
badań. Jeśli porażony jest nieprzytomny, lecz oddycha - kładziemy go na lewym boku (nie na
plecach) z lewą ręką do tyłu i podkurczonymi nogami. W tej pozycji porażony może oczekiwać
na przybycie lekarza. Jeśli porażony jest nieprzytomny i nie oddycha należy natychmiast
przystąpić do wykonywania sztucznego oddychania metodą "usta-usta" lub "usta-nos" i
jednocześnie wzywa się lekarza, wykonując sztuczne oddychanie do powrotu oddechu lub do
przybycia lekarza.

2.3 Bezpieczeństwo użytkowania urządzeń elektrycznych

Przepisy budowy i eksploatacji urządzeń elektrycznych nakładają na producentów i
użytkowników urządzeń zapewnienia, aby każde urządzenie elektryczne, zasilane lub
wytwarzające napięcie wyższe niż uznane za bezpieczne zostało wykonane w taki sposób, aby
w czasie normalnej eksploatacji nie wystąpiła możliwość dotknięcia (napięcie dotykowe)
elementów przewodzących w normalnych warunkach prąd elektryczny (ochrona podstawowa)
lub wystąpienia niebezpiecznego napięcia krokowego (noga-noga). Środkiem podstawowej
ochrony jest tu izolacja robocza urządzenia. W związku z tym obowiązuje okresowe
przeprowadzanie pomiarów oporności izolacji (przewodów, urządzeń). Wymagania w tym
zakresie dla instalacji określają, jeżeli nie są wymagane inne wartości, że wartość oporności
izolacji przewodów przyjmowanych do eksploatacji nie może być mniejsza niż 1k

Ω na 1 V

napięcia zasilającego. (dla przewodów w eksploatacji: 500

Ω)

Urządzenia elektroenergetyczne (odbiorniki, inne przyrządy) na napięcia znamionowe nie
przekraczające 500V dzielą się na klasy ochronności: 0, I, II i III. Do klas 0, I i II należą
urządzenia o napięciu znamionowym powyżej 42V, zaś do III o napięciu do 42V.

-

5

-

Środki ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym zależą od wartości napięcia

znamionowego instalacji elektroenergetycznej:

zakres I : napięcie znamionowe nie przekracza 50V prądu przemiennego lub 120V prądu

stałego,

zakres II: napięcie znamionowe instalacji zawiera się w granicach od 50V do 600V prądu

przemiennego lub od 120 do 900V prądu stałęgo.

Podane wartości oznaczają napięcie pomiędzy fazą a ziemią w układach prądu przemiennego
oraz napięcie biegun-ziemia przy prądzie stałym.
Napięcie, którego wartość mieści się w zakresie I uznaje się za bezpieczne U

b

. Zasilanie

napięciem bezpiecznym stanowi równoczesny środek ochrony przed dotykiem bezpośrednim i

pośrednim.

Należy podkreślić, że w niektórych instalacjach lub częściach instalacji, napięcie bezpieczne
może być obniżone do wartości 25V przy prądzie przemiennym i 60V przy prądzie stałym.
Obiektami takimi mogą być pomieszczenia o szczególnym zagrożeniu: pływalnie, szpitale,
pom. zawilgocone itp.

Do grupy organizacyjnych środków ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym należą:
właściwa organizacja pracy, prowadzenie obsługi przez osoby posiadające właściwe
przygotowanie (posiadające zaświadczenia kwalifikacyjne), sprzęt ochronnym środki
utrudniające dostęp do urządzeń elektrycznych, środki wizualne - ostrzegające przed
niebezpieczeństwem.
Użytkowanie urządzeń elektrycznych, w zależności od kwalifikacji do poszczególnych klas
ochronności i zależnie od stopnia wymaganej ochrony przeciwporażeniowej zestawiono w
tabeli I.
Tabela 1 . Użytkowanie odbiorników i przyrządów w zależności od wymaganej ochrony
przeciwporażeniowej
Klasa
ochronności

Stopień wymaganej
ochrony
przeciwporażeniowej

Rodzaje dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej

0

0 i 1

3

bez ochrony przed dotykiem pośrednim(dodatkowej ochrony) ,
ochrona przeciwporażeniowa zapewniona jedynie przez
zastosowanie izolacji roboczej (np. oprawy oświetleniowe),
ograniczone zastosowanie,
izolowanie stanowiska w przypadku odbiorników stałych,
separacja w przypadku odbiorników ruchomych i urządzeń na
stanowiskach metalowych

0I

0 i 1

2
3

bez ochrony przed dotykiem pośrednim (dodatkowej),
separacja
separacja z wyłączeniem urządzeń użytkowych na stanowiskach
metalowych

I

0 i 1

2

3

bez ochrony przed dotykiem pośrednim (dodatkowej),
jeden z takich środków jak: samoczynne wyłączenie zasilania,
separacja, a przy urządzeniach stałych także izolowanie
stanowiska,
samoczynne wyłączenie zasilania z zastosowaniem łącznika
przeciwporażeniowego lub separacja,
obudowy tych urządzeń są przeznaczone do połączenia z
przewodem ochronnym (wtyczka z miejscem na styk ochronny),
typowe urządzenia: lodówki, silniki elektryczne, suszarki do rąk

-

6

-

II

0,1,2 i 3 urządzenia wykonane z zastosowaniem izolacji ochronnej jako

środka ochrony dodatkowej, bez innych środków ochrony przed
dotykiem pośrednim, (nie są one wyposażone ani w zaciski ani
styki ochronne), typowe urządzenia tej klasy: suszarki do włosów,
golarki, elektronarzędzia ręczne

III

obejmuje odbiorniki przeznaczone do zasilania napięciem
bezpiecznym w układach SELV i PELV. Odbiornikami tej klasy
są np. zabawki, urządzenia oświetleniowe i narzędzia

oznaczenia stopnia wymaganej ochrony:
0 - nie ma niebezpieczeństwa porażenia i nie wymaga się ani ochrony przed dotykiem bezpośrednim ani przed
dotykiem pośrednim,
1 - istnieje warunkowy brak zagrożenia porażeniem i wymagana jest ochrona przed dotykiem bezpośrednim
(podstawowa),
2 - istnieje zagrożenie porażenia, a w związku z tym wymagana jest ochrona przed dotykiem bezpośrednim
(podstawowa) i pośrednim (dodatkowa),
3 - istnieje szczególne zagrożenie, w związku z czym wymagana jest ochrona przed dotykiem bezpośrednim
(podstawowa), ochrona przed dotykiem pośrednim (dodatkowa) oraz najwyższy stopień ochrony - ochrona
uzupełniająca (ochrona obostrzona).

Ponadto należy zapewnić, aby w warunkach uszkodzenia ochrony podstawowej użytkownicy i
osoby postronne były również chronione (ochrona dodatkowa). Normują to odpowiednie
standardy [PN-IEC60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych ].
Schematy obwodów rażenia przy dotyku bezpośrednim przedstawiono na Rys.1 , a przed
dotykiem pośrednim na Rys. 2.
Norma PN-IEC60364 przewiduje następujące rodzaje ochron:
a.) przeciwporażeniowej,
b.) przed skutkami oddziaływania cieplnego,
c.) przeciwpożarową,
d.) przed prądem przetężeniowym,
e.) przed spadkiem napięcia,
f.) przed przepięciami.
Norma ta zmieniła dotychczas obowiązujące pojęcia:
a.) przewód zerowy izolowany obecnie nazywa się przewodem neutralnym N,
b.) przewód zerowy uziemiany dodatkowo i wwykorzystywany do celów ochrony, to przewód

ochronno-neutralny PEN,

c.) przewód zerujący to obecnie przewód ochronny PE,
d.) punkt zerowy to obecnie punkt neutralny,
e.) ochrona podstawowa to obecnie ochrona przed dotykiem bezpośrednim,
f.) ochrona dodatkowa to obecnie ochrona przed dotykiem pośrednim,
g.) część pod napięciem to część czynna,
h.) metalowe obudowy i inne elementy konstrukcji urządzeń, to obecnie części przewodzące

dostępne,

i.) metalowe konstrukcje obiektów budowlanych, metalowe instalacje wodne, gazowe, c.o. itp.

obecnie części przewodzące obce,

j.)

zerowanie to obecnie samoczynne wyłączenie zasilania w układzie sieci TN,

k.)

uziemienie ochronne to obecnie samoczynne wyłączenie zasilania w układzie sieci TT,
uziemienie ochronne w sieci z izolowanym punktem zerowym, to obecnie samoczynne
wyłączenie zasilania w układzie sieci IT

.

-

7

-

2.3.1 Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym

Przyjmowana teoria bezpieczeństwa zakłada, że ochrona przeciwporażeniowa (od porażeń

prądem elektrycznym) w instalacjach elektrycznych o napięciu znamionowym do 1 kV jest

zapewniona przez ochronę przed dotykiem bezpośrednim (Rys. 3) -dawniej ochrona

podstawowa (pierwszy stopień ochrony) oraz przez ochronę przed dotykiem pośrednim-(Rys. 4)

dawniej ochrona dodatkowa (drugi stopień ochrony). Istnieje pojecie ochrony uzupełniającej,

stanowiącej trzeci - najwyższy stopień ochrony (Rys. 5).

Rysunek 1 Schemat obwodu rażenia przy dotyku bezpośrednim

Rysunek 2. Schemat obwodu rażenia przy dotyku pośrednim

-

8

-

Rysunek 3. Ogólne zadania ochrony i zasady zapobiegania porażeniom prądem elektrycznym

Rysunek 4. Środki uzupełniającej ochrony przeciwporażeniowej

-

9

-

2.3.2 Ochrona przed dotykiem bezpośrednim

Ochrona przed dotykiem bezpośrednim powinna chronić ludzi przed zagrożeniami

spowodowanymi dotknięciem części znajdujących się podczas normalnej pracy instalacji

elektrycznej pod napięciem (części czynne).

Zadaniem ochrony przed dotykiem bezpośrednim jest:

• uniemożliwienie przepływu prądu elektrycznego przez ciało człowieka,

• ograniczenie prądu rażeniowego do wartości dopuszczalnej długotrwale.

Stosuje się tu następujące środki:

• izolacje części czynnych (wykonywana zwykle fabrycznie).

• umieszczanie części czynnych poza zasięgiem ręki - uniedostępnienie,

• osłony i obudowy, o odpowiednim stopniu ochrony ,

• przeszkody i bariery, które można stosować tylko w przestrzeniach dostępnych dla osób

wykwalifikowanych tub poinstruowanych - odstęp między barierą a częścią czynną powinien

być równy co najmniej zasięgowi ręki (Rys. 6). Izolowanie części czynnych oraz osłony i

obudowy można stosować w każdych warunkach środowiskowych.

Bariery, przeszkody oraz umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki można stosować

tylko w miejscach dostępnych dla osób wykwalifikowanych lub poinstruowanych (powyższe

nie dotyczy linii napowietrznych niskiego napięcia), jeżeli:

• napięcie znamionowe w tych miejscach nie przekracza 1000V,

• miejsca te są oznakowane tablicami i znakami bezpieczeństwa,

• zachowane są odpowiednie wymiary korytarzy obsługi i nadzoru.

Rys. 5 Trójstopniowy system ochrony

-

10

-

Rys. 6 Strefy zasięgu ręki.

Ochrony przed dotykiem bezpośrednim można nie stosować w pomieszczeniach ruchu elektrycznego,

jeżeli:

• dostęp do tych pomieszczeń maja osoby poinstruowane i wykwalifikowane,

• miejsca te są oznakowane tablicami i znakami bezpieczeństwa,

• zachowane są odpowiednie wymiary korytarzy obsługi i nadzoru,

• drzwi pomieszczeń maja zamki otwierane od wewnątrz nawet, gdy są zamknięte na klucz.

Jako uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim (oprócz wymienionych środków tej

ochrony) zaleca się stosowanie wyłączników ochronnych różnicowoprądowych o różnicowym

prądzie zadziałania nie większym niż 30 mA.

2.3.3 Ochrona przed dotykiem pośrednim

Ochrona przed dotykiem pośrednim powinna chronić ludzi przed zagrożeniami wynikającymi z

dotknięcia części przewodzących dostępnych (przewodzące obudowy urządzeń lub elementów

instalacji) i części przewodzących obcych, któremu znalazły się pod napięciem w wyniku

uszkodzenia izolacji podstawowej (roboczej).

Zadaniem ochrony przed dotykiem pośrednim jest:

• uniemożliwienie przepływu prądu przez ciało człowieka,

-

11

-

• ograniczenie prądu rażeniowego do wartości dopuszczalnej długotrwale.

• samoczynne wyłączenie zasilania w określonym czasie.

Zadania ochrony przed dotykiem pośrednim mogą być realizowane przez:

• samoczynne wyłączanie zasilania,

• stosowanie urządzeń II klasy ochronności,

• izolowanie stanowiska,

• nie uziemione połączenia wyrównawcze,

• separację elektryczną.

2.3.3.1 Samoczynne wyłączanie zasilania

Samoczynne wyłączanie zasilania może być stosowane w układach zasilania typu:

- TN (dawniej samoczynne wyłączanie zasilania w tej sieci zwano zerowaniem) (Rys. 3a)

Układ TN to układ elektrycznej sieci rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym

punkt zerowy jest bezpośrednio uziemiony, a części bierne są z nim połączone przewodami

ochronnymi PE i/lub przewodami ochronno-zerowymi PEN (przewodami ochronno-

powrotnymi PER), w wyniku czego pętla zwarcia z częścią bierną (wykonaną z materiału

przewodzącego, nie należącego do części czynnej obwodu elektrycznego w normalnych

warunkach pracy urządzeń elektrycznych, zatem nie znajdującego się w warunkach

normalnych pod napięciem) jest w całości metaliczna. Stosownie do braku lub obecności i

zasięgu przewodu ochronno-zerowego PEN (przewodu ochronno-powrotnego PER)

rozróżnia się podukłady: TN-C oraz podukład TN-C-S (Rys.7a). Stosowane jest

powszechnie w sieciach odbiorców przemysłowych i komunalno-bytowych.

- TT (dawniej samoczynne wyłączanie zasilania w tej sieci zwano uziemieniem ochronnym)

Układ TT to układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w której punkt

zerowy lub przewód czynny jest bezpośrednio uziemiony, a części bierne są połączone z

uziomami nie połączonymi z uziemieniem roboczym (Rys.7b), w wyniku czego pętla

zwarcia z częścią bierną zamyka się przez ziemię.

- IT (dawniej samoczynne wyłączanie zasilania w tej sieci zwano uziemieniem ochronnym)

(Rys. 7c).

Układ IT - układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym

wszystkie części czynne są izolowane od ziemi albo jedna z nich jest uziemiona przez

bezpiecznik iskiernikowy i/lub przez dużą impedancję, a części bierne są uziemione.

-

12

-

Rys.7. Typy sieci

-

13

-

Definicje pojęć związanych z samoczynnym wyłączaniem zasilania:

uziom - przedmiot metalowy lub zespół przedmiotów metalowych umieszczonych w ziemi i

tworzący bezpośrednie elektryczne połączenie z ziemią,

uziemienie - połączenie elektryczne części przewodzących urządzeń elektrycznych z uziomem

umieszczonym w ziemi, rodzaje uziemień: robocze, ochronne

połączenie wyrównawcze - połączenie elektryczne wyrównujące potencjały elementów

przewodzących,

część czynna - żyła przewodu lub inna część przewodząca prąd elektryczny, znajdująca się w

czasie normalnej pracy pod napięciem, w tym także przewód neutralny N, z wyjątkiem

przewodu ochronno-neutralnego PEN,

przewód neutralny N - przewód roboczy wyprowadzony z neutralnego punktu układu

sieciowego,

przewód ochronny PE - przewód stanowiący element zastosowanego środka ochrony

przeciwporażeniowej, do którego przyłącza się części bierne (normalnie nie znajdujące się pod

napięciem) w celu objęcia ich ochroną przeciwporażeniową przed dotykiem pośrednim

(dodatkową),

przewód ochrono-neutralny PEN - przewód spełniający jednocześnie funkcję przewodu

ochronnego PE i przewodu neutralnego N,

Jako urządzenia wyłączające mogą być stosowane:

• bezpieczniki topikowe,

• wyłączniki instalacyjne,

• wyłączniki ochronne różnicowoprądowe.

Celem ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania jest wyłączenie w określonym czasie

niebezpiecznego napięcia dotykowego, pojawiającego się na częściach przewodzących

dostępnych urządzeń, w wyniku wystąpienia zwarcia miedzy częścią czynną a częścią

przewodzącą dostępną lub ograniczenie napięcia dotykowego do wartości dopuszczalnej

długotrwale (wartość bezpieczna). W systemie samoczynnego wyłączenia zasilania istotną rolę

odgrywają dodatkowe uziemienia przewodów ochronnych. Chronią one przed przenoszeniem

napięć dotykowych i zmniejszają wartości tych napięć.

Czas wyłączenia zwarcia zależy od:

• układu sieci (TN, TT lub IT),

• wartości napięcia znamionowego instalacji,

• rodzaju urządzenia (stałe, przenośne),

• środowiska zewnętrznego, w którym użytkowane są urządzenia,

-

14

-

• prawdopodobieństwa zetknięcia się człowieka z uszkodzonym urządzeniem.

Dla urządzeń rozdzielczych oraz stałych lub stacjonarnych dopuszcza się czas wyłączenia t

w

≤ 5 s.

Dla urządzeń ręcznych i przenośnych wykonanych w I kl. ochronności czas wyłączenia

zwarcia powinien być o wiele krótszy:

układ sieci TN (rys.7)

dla U = 220 V - t

w

≤ 0,4 s (warunki normalne)

- t

w

≤ 0,2 s (warunki szczególnego zagrożenia)

układ sieci TT

czas wyłączenia - t

w

≤ 5 s

układ sieci IT

• z przewodem neutralnym N dla napięć 400/ 230 V

- t

w

≤ 0,8 s (warunki normalne)

- t

w

≤ 0,5 s (warunki szczególnego zagrożenia)

• bez przewodu neutralnego N dla napięć 400/ 230 V

- t

w

≤ 0,4 s (warunki normalne)

- t

w

≤ 0,2 s (warunki szczególnego zagrożenia)

Samoczynne wyłączanie zasilania można stosować w każdych warunkach środowiskowych.

Jeżeli cała instalacja elektryczna lub jej część jest użytkowana w warunkach szczególnego

zagrożenia, to samoczynne wyłączanie zasilania można stosować pod warunkiem, że:

• w instalacji lub w jej części będą zastosowane połączenia wyrównawcze miejscowe o

rezystancji wypadkowej:

R

w

≤. 25 /I

w

(1)

gdzie:

R

w

- rezystancja wypadkowa, w [

Ω ]

I

w

-prąd wyłączający zapewniający zadziałanie urządzeń zabezpieczających w określonym

czasie, w [A],lub w chronionej instalacji będą zastosowane wyłączniki ochronne

różnicowoprądowe o prądzie wyłączającym 1

w

≤ 30 mA.

-

15

-

2.3.3.2 Urządzenia II klasy ochronności

Celem stosowania tej ochrony w urządzeniach jest niedopuszczenie do pojawienia się niebez-

piecznego napięcia na częściach przewodzących dostępnych w przypadku uszkodzenia izolacji

podstawowej.

Jako urządzenia II klasy ochronności stosowane są:

• urządzenia z izolacja podwójną,

• urządzenia z izolacją wzmocnioną,

• urządzenia z obudową izolacyjną o odpowiednim stopniu ochrony.

Urządzenia II klasy ochronności oznacza się symbolem (kwadrat w kwadracie):.

Jeżeli izolacja dodatkowa lub wzmocniona jest wykonana w czasie montażu instalacji, to

wewnątrz lub na zewnątrz obudowy powinien być umieszczony symbol przekreślonego

uziemienia.

Urządzenia wykonane w II klasie ochronności można stosować w każdych warunkach

środowiskowych, chyba ze normy przedmiotowe tych urządzeń stanowią inaczej. Ze względów

bezpieczeństwa ważne jest, aby urządzenia te były odpowiednio dobrane do warunków

środowiskowych (kod IP).

2.3.3.3 Izolowanie stanowiska (rys. 8)

Celem tej ochrony jest uniknięcie jednoczesnego dotknięcia części przewodzących dostępnych

i/lub obcych, które mogą mieć rożny potencjał w wyniku uszkodzenia izolacji

podstawowej.

Zastosowanie tego środka ochrony powinno uniemożliwić jednoczesne dotknięcie:

• dwóch części przewodzących dostępnych, albo

• części przewodzącej dostępnej i części przewodzącej obcej lub przewodzącego stanowiska.

Do spełnienia warunków tej ochrony konieczne jest izolowanie podłóg i/lub ścian.

Rezystancja izolacji stanowiska (R

st

) powinna wynosić co najmniej:

- 50 k

Ω, jeżeli napięcie znamionowe instalacji nie przekracza 500 V,

- 100 k

Ω, jeżeli napięcie znamionowe instalacji przekracza 500V.

Części przewodzące dostępne oraz części przewodzące dostępne i obce powinny być

oddalone od siebie na odległość co najmniej 2 m (1,25 m poza stanowiskiem).

Części przewodzące obce znajdujące się na izolowanym stanowisku powinny być izolo-wane

izolacją wytrzymującą napięcie probiercze 2000 V, a prąd upływu tej izolacji nie po-winien

przekraczać 1 mA.

-

16

-

Rys.8. Izolowanie stanowiska

Izolowanie stanowiska można stosować tylko w pomieszczeniach suchych, nie narażonych na

wilgoć.

2.3.3.4 Nieuziemione połączenia wyrównawcze

Stosowanie nie uziemionych połączeń wyrównawczych ma na celu uniknięcie pojawienia się

na częściach przewodzących jednocześnie dostępnych niebezpiecznych napięć dotykowych.

Zastosowanie tego środka ochrony polega na połączeniu izolowanymi przewodami części

przewodzących dostępnych i części przewodzących obcych. Części te powinny być również

izolowane od ziemi. System nie uziemionych połączeń wyrównawczych nie powinien mieć

połączenia z ziemią ani z uziemionymi częściami przewodzącymi dostępnymi.

Nie uziemione połączenia wyrównawcze można stosować tylko wówczas, gdy na

stanowisku, na którym są one użytkowane niemożliwy jest kontakt z potencjałem ziemi (sta-

nowiska nie przewodzące).

2.3.3.5 Separacja elektryczna

Celem separacji elektrycznej jest uniemożliwienie przepływu przez ciało człowieka prądu

rażeniowego o wartości niebezpiecznej.

Zaleca się, aby w obwodzie odseparowanym iloczyn znamionowego napięcia (U

n

), w

Voltach i długości łącznego oprzewodowania separowanego obwodu (L), w metrach -nie

przekraczała 100 000 i jednocześnie łączna długość oprzewodowania nie powinna przekraczać

500 m.

-

17

-

U x L

≤ 100 000; L ≤ 500 m.

(2)

Jeżeli w separowanym obwodzie znajduje się kilka odbiorników (rys. 5), to części

przewodzące dostępne tych odbiorników powinny być połączone nieuziemionymi połącze-

niami wyrównawczymi.

Rys.9. obwód separowany z kilkoma odbiornikami

Separacja elektryczna może być stosowana w każdych warunkach środowiskowych, jeżeli

jednak mamy do czynienia z warunkami, w których występuje częsty kontakt z potencjałem

ziemi - to jeden transformator separacyjny powinien zasilać tylko jeden odbiornik.

2.3.3.6 Ochrona równoczesna

Zadaniem równoczesnej ochrony przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim jest ograniczenie

prądu rażeniowego do wartości dopuszczalnej długotrwale (wartość bezpieczna). Równoczesną

ochronę można uzyskać przez zastosowanie bardzo niskich napięć - obwody bez uziemień

SELV (Safety extra-low voltage) - Bardzo niskie napięcie bezpieczne (rys. 10a) i obwody z

uziemieniami PELV: (Protection extra-low voltage) - Bardzo niskie napięcie ochronne

(rys.10b).

Rys.10a. obwód bezpieczny SELV

-

18

-

Rys.10b. obwód bezpieczny PELV

Ograniczenie prądu rażenia w obwodach SELV i PELV uzyskuje się przez:

• ograniczenie napięcia roboczego do wartości bezpiecznej,

• skuteczne oddzielenie obwodów SELV i PELV od innych obwodów,

• skuteczne oddzielenie obwodów SELV od ziemi.

Stosowanie obwodów SELV i PELV uznaje się za środek ochrony porażeniowej w każdych

warunkach środowiskowych.

2.3.4 Uwagi ogólne

Zastosowane środki ochrony od porażeń powinny zapewnić odpowiedni do określonych

warunków środowiskowych stopień bezpieczeństwa użytkowania instalacji i urządzeń elek-

trycznych zarówno w warunkach:

• normalnych (normalna praca i brak uszkodzenia), jak również

• uszkodzenia.

Aby spełnić te warunki należy:

• starannie użytkować instalacje i urządzenia,

• stosować odpowiednie środki ochrony przed porażeniem,

• stosować urządzenia o odpowiedniej konstrukcji,

• stosować urządzenia o właściwej klasie ochronności (0, I, II lub III),

• stosować odpowiednie do warunków środowiskowych stopnie ochrony obudów urządzeń

elektrycznych (kod IP określający stopień ochrony przed przedostaniem się do wnętrza

obudowy obcych ciał stałych oraz stopień ochrony przed przedostaniem się wody).

Ponadto przy doborze urządzeń do warunków środowiskowych można brać pod uwagę

również inne oddziaływania zewnętrzne, jak również:

-

19

-

• temperaturę otoczenia, wilgotność powietrza, wysokość nad poziomem morza , narażenia

mechaniczne: uderzenia , wibracje, oddziaływania elektromagnetyczne, elektrostatyczne lub

jonizujace, wyładowania atmosferyczne, warunki ewakuacji awaryjnej ludzi, rodzaj produko-

wanych i magazynowanych materiałów, materiały konstrukcyjne, konstrukcję budynku.

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

4. POMIAR SAMOCZYNNEGO ODŁĄCZENIA NAPIĘCIA

Układ TN

Uszkodzenie izolacji roboczej w sieci TN prowadzi do zwarcia 1-fazowego z obudową, przy
czym prąd zwarciowy zamyka się głównie przez przewody fazowe i ochronne (obwód
zwarciowy na Rys.11 zaznaczono poprzez pogrubienie). System ochrony zapewni samoczynne
wyłączenie zasilania, jeżeli prąd zwarciowy I

z

przekroczy wartość prądu wyłączającego

zabezpieczenie I

w

.

Iz

≥ Iw

(3)

W związku z tym że:

Z

f

Z

Z

U

I

=

(4)

otrzymuje się warunek na skuteczność ochrony:

f

W

Z

U

I

Z

≤

⋅

(5)

gdzie:
Z

Z

- impedancja pętli zwarcia obejmującej źródło zasilania, przewody robocze aż do punktu

zwarcia i przewody ochronne między punktem zwarcia a źródlem,
U

f

- napięcie fazowe

Prąd wyłączający zabezpieczenia I

W

odczytuje się z charakterystyki czasowo-prądowej dla

wymaganego czasu wyłączenia lub szacuje poprzez określenie z krotności w stosunku do prądu
znamionowego:

I

W

= k

⋅I

n

(6)

gdzie:
I

n

- wartość znamionowa prądu zabezpieczenia.

Układ TT
Maksymalne napięcie dotykowe Ud, pod wpływem którego znajdzie się człowiek dotykający
obudowy uszkodzonego urządzenia jest równe napięciu uziomowemu:

U

d

= I

Z

R

U

(7)

gdzie:
R

U

- suma rezystancji uziemienia i przewodu ochronnego

Aby napięcie to nie przekraczało wartości bezpiecznej, rezystancja uziemienia ochronnego
musi spełnić warunek:

R

U

I

W

≤ 50

(8)

gdzie:
Iw - prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego.
Z powyższego wzoru wynika, że jeśli prąd zwarciowy przekroczy wartość prądu
wyzwalającego zabezpieczenie, wówczas nastąpi samoczynne wyłączenie obwodu, zaś w
przeciwnym wypadku napięcie dotykowe na urządzeniu zostanie ograniczone do wartości
bezpiecznej.

-

20

-

Układ IT
W układach IT nie występuje bezpośrednie połączenie części czynnych z ziemią, a zatem prądy
zwarć doziemnych zamykają się przez pojemności doziemne i upływności sieci. Prądy te mają
małe wartości, nie wywołują zagrożenia porażeniowego i nie muszą być szybko wyłączane.
Aby jednak ograniczyć napięcie dotykowe, które wystąpi w czasie zwarcia części czynnej z
obudową należy spełnić warunek:

R

U

I

ZW

≤ 50

(9)

gdzie:
R

U

- całkowita rezystancja uziemienia i przewodu ochronnego,

I

ZW

- prąd zwarciowy płynący przy założeniu, że impedancja przejścia (między przewodem

fazowym a obudową) jest pomijalnie mała.
Wystąpienie zwarcia doziemnego w sieci IT powinno być sygnalizowane za pomocą sygnału
dźwiękowego lub/i świetlnego. Można tu zastosować urządzenie do ciągłej kontroli stanu
izolacji.
W celu sprawdzenia skuteczności działania ochrony przeciwporażeniowej przeprowadzana są
pomiary.

4.1.Pomiar skuteczności samoczynnego odłączenia w ukłądzie sieci TN (zerowania).

4.1.1 Pomiar skuteczności zerowania dokonujemy metodą sztucznego zwarcia.

R

S

T

0

V

A

w

b

0

R

Rys. 11. Schemat układu do sprawdzenia skuteczności zerowania metodą sztucznego

zwarcia.

Poszczególne fazy instalacji zwieramy kolejno z zerowaną częścią (np. obudową

urządzenia) przez wyłącznik W i opornik R

o

. Amperomierz mierzy ten sztuczny prąd zwarcia,

woltomierz zaś przy otwartym wyłączniku mierzy napięcie danej fazy U, a przy zamkniętym

-

21

-

wyłączniku spadek napięcia

U

R

na oporniku R

o

.

Stąd oblicza się rezystancję pętli zwarciowej, narysowanej na schemacie pogrubioną linią.

0

R

R

U

I

P

R

+

=

(10)

0

R

U

I

R

R

=

(11)

gdzie:
I - prąd sztucznego zwarcia, wskazany przez amperomierz A
U - napięcie fazowe V
U

R

- napięcie na oporniku zwierającym V

R

p

- rezystancja pętli zwarciowej

R

o

- rezystancja sztucznego zwarcia

Z równań /1/ :

(

)

R

R

P

U

R

U

U

R

0

⋅

−

=

[

Ω]

(12)

Znając rezystancję R

p

można /przy założeniu, że reaktancja pętli jest pomijalnie mała/

obliczyć prąd zwarciowy :

P

zw

R

U

I

=

[A] (13)

Wadą tej metody jest mała różnica U i U

R

/I 5A, R około 44

Ω /.

Ocena skuteczności zerowania:
Obliczyć wartość prądu zwarcia jednofazowego (minimalnego):

Z

f

f

z

z

Z

U

I

I

⋅

=

=

8

,

0

1

min

(14)

gdzie:
U

f

- napięcie fazowe (wartość skuteczna) [V],

Z

z

- zmierzona wartość impedancji pętli zwarcia, (Z

z

≈R

0

)

Sprawdzić, czy spełniony jest warunek:

I

z1f

> I

w

(15)

czyli

W

Z

f

I

Z

U

>

⋅

8

,

0

(16)

gdzie:

I

w

- prąd wyłączający zabezpieczenie w odpowiednio krótkim czasie.

Z punktu widzenia ochrony przeciwporażeniowej szczególnie istotne są następujące parametry
znamionowe urządzeń wyłączających:

- napięcie znamionowe U

n

,

-

22

-

- prąd znamionowy I

n

,

- znamionowa zwarciowa zdolność łączeniowa.
W przypadku zastosowania jako zabezpieczeń bezpieczników, prąd wyłączający wyznacza się
z charakterystyki napięciowo-prądowej. Np. dla sieci o napięciu znamionowym 220/380V dla
obwodów odbiorczych zainstalowanych w normalnych warunkach należy odczytać
maksymalną wartość prądu I

w

zapewniającą wyłączenie z czasem nie przekraczającym 0,4s

(którą przyjmuje się często jako krotność k=2,5

÷3,5 prądu znamionowego I

n

).

W przypadku zastosowania wyłączników samoczynnych wartość prądu Iw powodującego
dostatecznie szybkie wyłączenie można określić znając typ wyłącznika, np. dla wyłącznika

typu B

Iw = 5 In

typu C

Iw = 10 In

typu D

Iw = 50 In

starych typu L

Iw = 5 In

starych typu U

Iw = 10 In

Uwaga

W przypadku przerwy w przewodzie zerowym lub zerującym na badanym urządzeniu

wystąpi niebezpieczne napięcie dotykowe.

4.2. Pomiar skuteczności zerowania metodą kompensacyjną (miernik MZK-2),
(Pomiar rezystancji pętli zwarcia).

R

S

T

0

F

0

MZK-2

b

Rys. 12. Schemat układu do pomiaru skuteczności zerowania miernikiem MZK-2.

Za pomocą 2 przewódów łączymy zacisk „O” z zerowym urządzeniem, a zacisk „F” z fazą

napięcia zasilającego. Ustawiamy przełącznik: zakres - pomiar napięcie U. Mierzymy
napięcie pomiędzy przewodem fazowym a zerowym badanego urządzenia. Zakres pomiaru

.

ustawiamy na /10/,dokonujemy zerowania wskaźnika , naciskamy przycisk, odczytujemy .
wartość rezystancji pętli zwarcia. Jeżeli rezystancja pętli zwarcia R

p

jest mniejsza od 2

pomiar wykonujemy na zakresie 2 Oceniamy, czy ochrona przeciwporażeniowa danego

-

23

-

urządzenia /zerowanie/ jest skuteczna przy danej metodzie zabezpieczenia odbiornika tzn., czy:

n

P

f

W

I

k

R

U

I

⋅

≥

⋅

=

8

,

0

(17)

gdzie:

U

f

- napięcie fazowe V

I

n.

- prąd zależny od typu sterowanego zabezpieczenia [A]

k - krotność prądu I

n.

(np. dla bezpieczników o prądzie znamionowym do 100 A z

wkładką o działaniu szybkim, gdzie I

n

jest prądem znamionowym wkładki, k = 2,5).

Uwaga - (jak w punkcie 4.1)

4.3. Pomiar skuteczności zerowania przy pomocy miernika MZW-5
/metodą sztucznego zwarcia/

Za pomocą 2 przewodów łączymy zacisk F /tylna płyta miernika/ z fazą napięcia 220 V i

zacisk 50 A lub 100 A /w zależności od wielkości zabezpieczeń/ z zerowanym elementem
badanego urządzenia.

Ustawiamy przełącznik na zakres U

1

’ odczytujemy na woltomierz U

1

, ustawiamy

przełącznik na zakres U

2

, naciskamy przycisk zwarcia i odczytujemy napięcie. Po pomiarze

U

2

wciskamy przycisk - kasowanie.

U

1

[V]

U

2

[V]

Z

P

[

Ω]

Obliczeń rezystancji pętli zwarcia dokonujemy wg. wzorów :













−

⋅

=

1

22

,

2

2

1

100

U

U

Z

A

p

[

Ω]













−

⋅

=

1

59

,

4

2

1

50

U

U

Z

A

P

[

Ω]

Oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej dokonujemy jak w punkcie 4.2 /wzór (17)/

4.4. Pomiar skuteczności zerowania przy pomocy miernika MOZ.

Za pomocą dwóch przewodów połączyć jeden z zacisków zerowanym elementem danego
urządzenia, a drugi - z napięciem zasilającym - 220 V. Jeżeli istnieje ciągłość obwodu
ochronnego to zapali się neonówka sygnalizacyjna. Gdy neonówka nie świeci się - orzec
brak ciągłości obwodu ochronnego i brak ochrony. Gdy zapali się neonówka - wcisnąć przycisk
i odczytać wartość rezystancji pętli zwarcia

Uwaga.

1. W trakcie pomiarów na obudowie badanego urządzenia może wystąpić niebezpieczne
napięcie,
- nie dotykać badanych urządzeń w trakcie pomiarów.
2. Dopuszczalna częstość wykonywania pomiarów: 6/minutę.

-

24

-

Na podstawie pomiarów należy dokonać oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej
(wzór 17).

4.5. Pomiar skuteczności zerowania i uziemienia ochronnego przy pomocy miernika

MPZ-1

Miernik MPZ-1 służy do badania skuteczności zerowania i uziemienia ochronnego w

sieciach o napięciu 380/220 V z uziemionym bezpośrednio punktem zerowym.
Miernik pozwala wykonać pomiary:
- impedancji pętli zwarcia
- napięcia roboczego względem ziemi
- napięcia międzyfazowego.

Na podstawie wielkości zmierzonych miernikiem MPZ-1 można przeprowadzić ocenę
skuteczności ochrony przeciwporażeniowej zgodnie z wymogami „Przepisów budowy
urządzeń elektrycznych” w tym:

- pomiary impedancji pętli zwarcia umożliwiają przeprowadzenie kontroli spełnienia warunku
samo wyłączenia dla zwarć jednofazowych w sieciach z uziemionym punktem zerowym,
- wykonanie pomiarów napięć roboczych sieci względem ziemi umożliwiające określenie
asymetrii obciążeń sieci i odchyleń napięcia od wartości znamionowej,
- wykonywanie orientacyjnych pomiarów rezystancji i uziemień ochronnych odbiorników,
konstrukcji metalowych siatek, ogrodzeń oraz uziemień odgromowych.

Przy pomiarach tego typu wykorzystuje się jako pomocnicze źródło zasilania - sieć niskiego
napięcia z uziemionym punktem zerowym.

4.5.1. Wykonywanie pomiarów zerowania i uziemienia ochronnego

Widok płyty czołowej miernika MZP-1 przedstawiony jest na rys. 13.

Rys. 13. Widok płyty czołowej miernika MPZ-1.

-

25

-

Pomiary impedancji pętli zwarcia jednofazowego w sieciach z uziemionym punktem

neutralnym, w których ochrona przeciwporażeniowa osiągana jest poprzez zerowanie lub
uziemienie ochronne należy wykonywać wg. poniższego schematu:
1. Przyrząd połączyć z badanym urządzeniem krótkimi przewodami o przekroju nie
mniejszym niż
1,5 mm

2

Cu w sposób przedstawiony na rys. 14 lub 15.

Rys.14. pomiar impedancji pętli zwarcia w sieciach z zerowaniem ochronnym.

Rys.15. Pomiar impedancji pętli zwarcia z uziemionym bezpośrednio punktem zerowym

.

2. Sprawdzić przygotowanie przyrządu do pomiarów:
a/ wcisnąć przycisk „U” przygotowując miernik do pomiaru napięcia,

b/ ustawić zero mechaniczne wskazówki miernika.

3. Zerowany lub uziemiony korpus badanego urządzenia połączyć z jednym zaciskiem, a
przewód
fazowy sieci połączyć z drugim zaciskiem przyrządu.
Powinna zapalić się lampka kontrolna.

-

26

-

4. Odczytać wartość napięcia /winno ono zawierać się w granicach 180 - 240 V /zakres
kompensacji miernika/.

5. Nastawić przełącznik na zakres „x10” wciskając klawisz „x10” /pomiar ciągłości pętli od
0 do 100 /, przyciskając przełącznik oznaczony „p” /pomiar/, dokonać pomiaru.
Całkowite wychylenie wskazówki świadczy o nieciągłości pętli zwarcia. W tym wypadku
orzec
nieskuteczność ochrony i zaprzestać dalszych czynności.

6. W przypadku stwierdzenia małego wychylenia zmienić zakres wciskając przełącznik „x1”
lub „x0,1”. Odczytać zamierzoną wartość impedancji pętli zwarcia.

7. Od zamierzonej wartości odjąć rezystancję przewodów łączeniowych.

Uwaga! W przypadku, gdy opór pętli zwarciowej zerowania lub uziemienia jest
nadmiernie duży, albo gdy przerwana jest ciągłość przewodów ochronnych,
dotykanie korpusu badanego urządzenia może być niebezpieczne.

Należy liczyć się również z możliwością przeniesienia niebezpiecznych napięć dotykowych na
inne, nawet odległe przedmioty i urządzenia.

Obecność napięcia na zaciskach miernika sygnalizowane jest świeceniem lampki kontrolnej

na płycie czołowej miernika. Zaleca się, aby podczas wykonywania pomiarów ludzie nie
stykali się z badanymi urządzeniami.

Niedopuszczalne jest zerowanie obudowy miernika MPZ-1, ani łączenie jej z zerowymi lub

uziemionymi elementami badanych urządzeń, gdyż mogłoby to spowodować przeniesienie
napięć dotykowych z tych elementów na obudowę przyrządu.

Na podstawie pomiarów należy dokonać oceny spełnienia warunku samowyłączenia zwarć

jednofazowych (wzór (17)).

5. POMIARY UZIEMIEŃ
Rezystancja uziemienia określana jest jako stosunek napięcia uziomu względem ziemi

odniesienia do prądu spływającego z uziomu.

Wykorzystując sieć niskiego napięcia z bezpośrednio uziemionym punktem zerowym, jako

pomocnicze źródło napięcia, można wykonać przyrządem MPZ-1 orientacyjne pomiary
rezystancji uziemień urządzeń wysokiego napięcia, uziemień odgromowych itp. /rys. 16/

Rys. 16. Metoda pomiaru rezystancji uziemienia miernikiem MPZ-1.

-

27

-

Zamierzona w ten sposób wartość rezystancji uziemień są obarczone uchybami dodatnimi.

Jeżeli wartości te są mniejsze od dopuszczalnych, to mierzenie dokładne jest zbędne

4.6. Pomiar rezystancji uziemienia induktorowym miernikiem IMU

Na rezystancję uziemienia składają się : rezystancja metalicznych połączeń zwodu z

uziomem, rezystancja styku uziom / ziemia oraz rezystywność gruntu.

Na rezystywność gruntu ma wpływ wiele zmieniających się czynników, takich jak:

wilgotność, struktura gruntu, skład chemiczny, temperatura.

Rezystancja uziemienia inna będzie dla prądów o częstotliwości technicznej, a inna dla

uziomów odgromowych /rezystancja udarowa/.

Zjawisko towarzyszące przejściu fali udarowej do ziemi powodują zmianę rezystancji

uziomu w stosunku do rezystancji dla prądów o częstotliwości technicznej. Drugim czynnikiem
wpływającym na rezystywność gruntu jest fakt, że na zmianę rezystancji uziomu wpływa przy
przebiegach szybkozmiennych głównie reaktancja indukcyjna uziomu, powodująca wzrost
impedancji uziomu. Zmianę rezystancji uziomu dla prądów udarowych przelicza się wg wzoru:

R

uz

=

α

u

R

z

gdzie:

α

u

- współczynnik zależny od rodzaju uziomu i rezystywności gruntu:

α

u

= (0,4; 1,05)

R

uz

- rezystancja uziomu dla częstotliwości technicznej.

Induktorowy miernik uziemień typu IMU działający w oparciu o metodę kompensacyjną
pozwala na bezpośredni pomiar rezystancji uziemienia.

Przeprowadzenie pomiaru
W odległości minimum 20 m od badanego uziomu pionowego wbijamy sondę napięciową S o
długości ok. 1 m, drugą sondę p prądową wbijamy w odległości 20m w linii prostej od sondy
uziomu. Zwieramy zaciski R

d

i R

x

, a zaciski R

s

i R

p

- rozwarte /rys. 10/. Zaciski R

x

łączymy

z uziomem badanym, sondę S - z R

s

, a sondę skrajną P - z R

p

. Przełącznik zakresów

ustawiamy na odpowiednią wartość mnożnika zależnie od spodziewanej wartości uziemienia.

Następnie obracamy korbą prądniczki i potencjometrem - sprowadzając wychylenie

galwanometru do zera. Po pierwszym wyzerowaniu zwiększamy prędkość obrotów prądniczki
ponownie, dokładniej zerując wskazanie galwanometru. Wyniki pomiaru odczytujemy
bezpośrednio na tarczy potencjometru.

k - współczynnik zależny od typu gruntu i stopnia wilgotności (1,5

÷ 3,5).

Należy dokonać oceny stanu uziomu i zgodności z wymogami.
Przy pojedynczych uziomach rezystancja uziomu powinna być mniejsza od 10 Ohm, a przy
grupie uziomów połączonych ze sobą, rezystancja każdego z uziomów R

UZK

nie powinna

przekraczać 20 Ohm, po uwzględnieniu współczynnika k :

R

UZK

= R

UZ

k

Należy ocenić możliwość zastosowania uziomu jako:

- uziomu odgromowego (pojedynczego, grupowego),

- uziomu ochronnego R

0

(Rys.7b) w sieci prądu przemiennego w układzie TT o napięciu 220V

i z zastosowaniem jako wyłącznika zapewniającego samoczynne odłączenie w czasie nie
dłuższym niż 5 sekund (podać maksymalną wartość wkładki bezpiecznikowej In , aby był

-

28

-

spełniony warunek (8) (Iw - prąd wyłączający - patrz ramka w pkt 4.1.) dla czasu 5s lub z
zastosowaniem wyłącznika różnicowo-prądowego.

Rys. 17. Widok miernika IMU.

Pomiar rezystancji izolacji roboczej
Pomiar rezystancji izolacji roboczej obwodu należy przeprowadzić:
a.) między przewodami roboczymi (fazowymi i neutralnymi), branymi kolejno parami,
między każdym przewodem roboczym (jednym z fazowych i neutralnym), a ziemią lub
między każdym z przewodów fazowych a neutralnym,
b.) między każdym przewodem roboczym (jednym z fazowych lub neutralnym) a ziemią

(obudową).

W układach sieciowych TN-C przewód PEN traktuje się jako część uziomu.
Przed wykonaniem pomiarów należy:
- odłączyć zasilanie,
- odłączyć wszystkie odbiorniki (wykręcić żarówki i lampy wyładowcze, wyjąć wtyczki

przenośnych odbiorników, odłączyć przewody od odbiorników zainstalowanych na stałe),

- odłączyć wszystkie elementy mogące ulec uszkodzeniu (np. elektroniczne),
- zamknąć wszystkie łączniki (oczywiście za wyjątkiem głównego łącznika zasilania

obwodu).

Jeżeli w obwód są włączone urządzenia elektroniczne, których nie można odłączyć można
jedynie wykonać pomiar między przewodami fazowymi połączonymi razem z przewodem
neutralnym a ziemią.

-

29

-

Tab.2....Napięcie probiercze i wymagana rezystancja izolacji badanego obwodu

Lp.

Napięcie znamionowe obwodu

Napięcie probiercze

Rezystancja izolacji

-

V

V

M

Ω

1.

SELV lub FELV, gdy obwód jest
zasilany z transformatora
bezpieczeństwa (*)

250

≥ 0,25

2.

≤ 500 V z wyjątkiem przypadków z
punktu 1

500

≥ 0,5

3.

> 500 V

1000

≥ 1,0

(*) obwód również spełnia wymagania PN-92/E-05009/41

Pomiar należy przeprowadzić napięciem nie mniejszym niż podane w tab.2. Wynik pomiaru
należy uznać za pozytywny, jeśli impedancja izolacji jest nie mniejsza niż podana w tab.2.

5. WYŁĄCZNIK OCHRONY RÓŻNICOWOPRĄDOWY

5.1. Zasada ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym.

Wyłącznik ochrony różnicowoprądowy jest najskuteczniejszym środkiem ochrony przed

dotykiem pośrednim /ochrona dodatkowa/, zapobiegającym powstaniu niebezpiecznych napięć
dotykowych na obudowach i osłonach narzędzi i urządzeń elektrycznych klasy 1.

W przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej, wyłącznik ochrony wykrywa prąd zwarcia

doziemnego jako różnicę prądów wpływających przez przewody przechodzące przez rdzeń
magnetyczny wyłącznika. W przypadku gdy prąd zwarcia doziemnego przekracza wartość
prądu znamionowego zadziałania wyłącznika ochronnego, wyłącznik powoduje wyłączenie
uszkodzonej części instalacji elektrycznej.

5.1.1. Ochrona przed dotykiem pośrednim /ochrona dodatkowa/

Gwarancją skutecznego wyłączenia w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej jest

spełnienie warunku niedopuszczenia do powstania na obudowie niebezpiecznego napięcia

dotyku U

l,

o ile prąd uszkodzeniowy l

n

przekracza wartość prądu zadziałania wyłącznika

ochronnego różnicowoprądowego. Warunek ten będzie spełniony w przypadku gdy:

A

bezpieczne napiecie dotyku

znamionowy

prad

zadzialania wylacznika

ochronnego

R

L

o

U

I

<

-

30

-

Rys. 18. Obwód prądu uszkodzeniowego z prawidłowym układem ochronnym

FI w sieci TT.

5.1.2. Dodatkowa ochrona przed dotykiem bezpośrednim
W przypadku stosowania wyłączników ochronnych różnicowoprądowych na znamionowe

prądy zadziałania 30 mA lub mniejsze, dodatkowo zapewnia się ochronę przed dotykiem
bezpośrednio do części pod napięciem. Ta dodatkowa ochrona przed dotykiem bezpośrednim
/dodatkowa ochrona podstawowa/ konieczna jest gdy:
- nastąpi uszkodzenie izolacji podstawowej narzędzi lub urządzeń, lub gdy nastąpi
uszkodzenie
izolacji przewodów doprowadzających,
- nastąpi uszkodzenie przewodu ochronnego,
- nastąpi zmiana przewodu fazowego /pod napięciem/ z przewodem ochronnym, co
spowoduje, że
na obudowie będzie pełne napięcie,
- w czasie remontu lub naprawy przewodów pod napięcie m dotknie do nieuziemionego
elementu urządzenia lub obudowy.

-

31

-

Rys. 19. Obwód prądu uszkodzeniowego przy bezpośrednim dotknięciu.

We wszystkich wyżej wymienionych przypadkach, wyłącznik ochrony różnicowoprądowy

wyłączy natychmiast, gdy wartość prądu płynącego do ziemi przekroczy wartość niebezpieczną
dla człowieka, czyli 30 mA. Ten rozszerzony zakres ochrony przed dotykiem bezpośrednim
wymaga, zgodnie z wymaganiami VDE, aby zwłaszcza w obszarach o zwiększonym
zagrożeniu stosowane były wyłączniki typu FI, czyli o działaniu niezależnym od napięcia
zasilającego /według VDE 0664 T1, lub wyłączniki T1/LS według VDE 0664 T2 z 1

n

30

mA/.

Za instalacje w obszarach o zwiększonym zagrożeniu uważa się:

- Obwody gniazdek wtyczkowych w pomieszczeniach z wanną lub prysznicem /VDE-0100
T721

odpowiednik PN-91/E-05009/701/.

- Instalacje w przyczepach kampingowych, jachtach oraz ich zasilanie na kampingach i

przystaniach /VDE-0100 T721, odpowiednik PN-91/E05009/708/.

- Instalacje w pomieszczeniach wykorzystywanych do celów medycznych /VDE 90107

odpowiednik PN-/E-05009/710/.

Wykorzystanie wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego jako dodatkowego środka
ochrony przed dotykiem bezpośrednim nie może być stosowane samodzielnie, ale zawsze
łącznie z środkami ochrony w postaci izolacji lub obudów.

-

32

-

5.1.3 Ochrona przeciwporażeniowa.

Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe na prąd znamionowy do 300 mA są

wystarczającym środkiem ochronnym, zabezpieczającym przed powstaniem pożarów
spowodowanych zwarciami doziemnymi. Energia wydzielana przez prąd zwarcia doziemnego
nawet 300 mA, płynący przez czas do 200 ms jest niewystarczająca do zainicjowania pożaru
ani podtrzymania palenia się łuku elektrycznego.

5.2. Zależność od napięcia.

Skuteczny wyłącznik ochrony różnicowoprądowy, energię niezbędną do wyłączenia pobrać

może tylko z prądu zwarcia doziemnego. Taka konstrukcja wyłącznika ochronnego zapewnia
prawidłowe działanie i wyłączenie wyłącznika również wtedy, gdy napięcie sieciowe przy
zwarciu spadnie do 0, lub gdy przewód neutralny ulegnie przerwaniu. Również napięcia
łączeniowe mogą wpływać na pracę wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego, lub mogą
go nawet zniszczyć. Wyłączniki działające niezależnie od napięcia zasilającego oznacza się
F1, a zależne od napięcia zasilającego D1. Do ochrony ludzi należy preferować wyłączniki
działające niezależnie od napięcia zasilającego, czyli F1. W Niemczech i wielu krajach
europejskich do ochrony ludzi wolno używać tylko wyłączniki niezależne od napięcia
zasilającego.

Rys.20. Wyłącznik jednofazowy Rys.21.Wyłącznik trójfazowy

Realizacja ćwiczenia.

1. „W” winien być otwarty. Po załączeniu zasilania na wejście, przez wyłącznik płynie prąd
roboczy około 500 mA. Przyciskając przycisk T na wyłączniku przeprowadzić test
zadziałania.
2. Zmierzyć prąd zadziałania. Regulując R1 zwiększać prąd I do momentu zadziałania.
3. Przy odłączonym obwodzie I /R, R1/ zamknąć „w” . Wyłącznik zostaje zasilony
prądem

-

33

-

zwarciowym przekraczającym prąd dopuszczalny 20A. Zaobserwować reakcję
wyłącznika.

Pytania kontrolne.

1. W TN zmierzono impedancję pętli zwarcia. Wyniosła ona 1.0

Ω. Jako zabezpieczenie od

zwarć i przeciążeń stosuje się w tej sieci bezpieczniki szybkie z wkładką o wartości 16A.
Prąd powodujący zadziałanie bezpiecznika w odpowiednio szybkim czasie wynosi 40A.
Ocenić, czy nastąpi odpowiednio szybkie odłączenie napięcia w przypadku wystąpienia
przebicia izolacji w tej sieci.

2. Sieć o napięciu 220/380V w układzie TT. Jako zabezpieczenie od zwarć i przeciążeń

stosuje się w tej sieci bezpieczniki szybkie z wkładką o wartości 16A. Prąd powodujący
zadziałanie bezpiecznika w odpowiednio szybkim czasie wynosi 40A.Jaką wartość
maksymalną może mieć rezystancja uziemienia i przewodu ochronnego, aby ochrona
przed dotykiem pośrednim była skuteczna.

3. Omówić działanie przepływającego przez organizm ludzki prądu elektrycznego.
4. Sposoby ratowania porażonych.
5. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim.
6. Ochrona przed dotykiem pośrednim.
7. Podać układy sieci zasilających niskiego napięcia.
8. Omówić wyłącznik różnicowoprądowy.
9. Czy można stosować w sieci TN uziemienie ochronne? Odpowiedź uzasadnić.
10. Omówić pojęcia: napięcie dotykowe, napięcie rażenia, napięcie krokowe. Które z nich

stanowi zagrożenie dla człowieka?

11. Klasy ochronności odbiorników.
12. Na czym polega samoczynne wyłączenie zasilania w sieci IT?
13. W sieci 22/380V w układzie TN zmierzono impedancję izolacji roboczej. Wyniosła ona

dla poszczególnych faz w stosunku do ziemi: 1M

Ω, 0.6Ω, 2Ω. Ocenić, czy izolacja jest

skuteczna. Podać wymagany poziom napięcia probierczego przy pomiarze izolacji w tej
sieci. Odpowiedź uzasadnić.

Literatura

[ 1.] A. Gilewicz, M. Gilewicz - BHP przy obsłudze urządzeń elektrycznych. Izba Projektowania

Budowlanego, Warszawa 1996

[ 2.] J. Kaleta, E. Kuźma - Ochrona przed porażeniem elektrycznym (2) - porządek normalizacyjny w

zakresie bezpieczeństwa elektrycznego. Technika Transportu Szynowego 9/1997

[3.] J. Kaleta- Ochrona przed porażeniem elektrycznym (4)- środki ochrony w instalacjach do 1kV w

obiektach budowlanych. Technika Transportu Szynowego 10/1998

[4.] Kozłowski J., Wasiak I. - Ochrona przeciwporażeniowa w sieciach elektroenergetyczych niskiego

napięcia. Wyd. PŁ, Łódź, 1998

[5.] Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektrycznych. X Międzynarodowa Konferencja

Naukowo-Techniczna. Wrocław1995 r.

[6. ] Druga Łódzka Krajowa Konferencja Przeciwporażeniowa. Łódź 1996 r.

[7.] Wieloarkuszowa norma PN/E-05009, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.1.

[8.] Praca zbiorowa - Laboratorium urządzeń elektrycznych. WPP, 1983 /skrypt/.