OCHRONA

PRZECIWPORAŻENIOWA

Wykład przygotowany przez pracownika

Instytutu Technik Wytwarzania PW

Wojciecha Kramarka

Zagrożenia towarzyszące

występowaniu elektryczności statycznej

i energii elektrycznej

• Powszechne stosowanie urządzeń zasilanych

energią elektryczną niesie ze sobą rożnego rodzaju

zagrożenia zarówno dla człowieka jak i jego

środowiska, np.:

• -szkodliwe oddziaływanie elektryczności statycznej

na człowieka i procesy technologiczne,

• -porażenia oraz oparzenia prądem i łukiem

elektrycznym,

• -zagrożenia pożarowe i wybuchowe,
• -szkodliwe oddziaływania silnych pól elektrycznych

i elektromagnetycznych.

Czynniki wpływające na porażenie

• Oddziaływanie prądu na organizm ludzki :

• - działanie pośrednie - to działanie bez przepływu prądu

przez ciało człowieka, powodujące urazy, jak:

• - oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem

elektrycznym,

• - groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym,

• - uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku

elektrycznego,

• - uszkodzenia mechaniczne ciała w wyniku upadku z

wysokości.

• - działanie bezpośrednie - porażenie elektryczne wskutek

przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie może

wywołać wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych

w organizmie (a nawet śmierć człowieka).

Porażenie elektryczne i jego objawy

• - uczucie bólu, lekkie kurcze mięśni,

• - silne kurcze mięśni dłoni uniemożliwiające samouwolnienie

się rażonego,

• - zatrzymanie oddechu, zaburzenia krążenia krwi,

• - zaburzenia wzroku, słuchu i zmysłu równowagi,

• - utrata przytomności,

• - migotanie komór sercowych - bardzo groźne dla życia

człowieka,

• - oparzenia skóry i wewnętrznych części ciała. 

• Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu

przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny,

(przerażenie, bladość, drżenie ciała, stan apatii lub euforii).

Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności

połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu.

Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie - od

kilku minut do kilku miesięcy.

Czynniki wpływające na skutki rażenia prądem

elektrycznym

• Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:

• -Rodzaju prądu

• Prąd przemienny jest bardziej niebezpieczny niż prąd stały (

przy tym samym napięciu).

• Czasu przepływu prądu

• Jeżeli czas przepływu nie przekracza 0,1 - 0,5 s, to

następstwa rażenia są znacznie złagodzone. 

• Drogi przepływu prądu przez ciało człowieka

Największe znaczenie ma to jaka część prądu przepływa

przez serce i przez układ oddechowy. 

• Wartości natężenia prądu

• Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie

stałym wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA), przy prądzie

przemiennym, wynosi 10 mA. (dla kobiet. 6 mA); 

• Kondycji psychofizycznej człowieka

Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu

przemiennego

Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o f= 50/60
Hz na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka – stopy

Podstawowe definicje

• Część czynna - przewód lub część przewodząca urządzenia lub

instalacji elektrycznej, która może się znaleźć pod napięciem w

warunkach normalnej pracy instalacji elektrycznej, lecz nie pełni

funkcji przewodu ochronnego; częścią czynną jest przewód neutralny

N, lecz nie jest nim przewód ochronny PE ani ochronno-neutralny PEN.

• Część przewodząca dostępna - część przewodząca instalacji

elektrycznej która w warunkach normalnej pracy instalacji nie

znajduje się pod napięciem, lecz w wyniku uszkodzenia może się

znaleźć pod napięciem.

• Część przewodząca obca - część przewodząca nie będąca częścią

urządzenia ani instalacji elektrycznej, która może się znaleźć pod

określonym potencjałem, zwykle pod potencjałem ziemi; zalicza się do

nich metalowe konstrukcje, rurociągi, przewodzące podłogi i ściany.

• Dotyk bezpośredni - dotknięcie przez człowieka lub zwierzę części

czynnych.

• Dotyk pośredni - dotknięcie przez człowieka lub zwierzę części

przewodzących dostępnych, które znalazły się pod napięciem w

wyniku uszkodzenia izolacji.

Wartości napięć dotykowych dopuszczalnych

długotrwale w różnych warunkach

środowiskowych

• W warunkach środowiskowych normalnych, wartość

napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale wynosi

50 V AC i 120 V DC (lokale mieszkalne i biurowe, sale

widowiskowe i teatralne, klasy szkolne ).

• W warunkach środowiskowych o zwiększonym zagrożeniu,

wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale

wynosi 25 V AC i 60 V DC (łazienki i natryski, sauny, bloki

operacyjne szpitali, hydrofornie, kempingi, tereny budowy i

rozbiórki, pomieszczenia dla zwierząt domowych itp.)

• W warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniem prądem

elektrycznym, (ciało ludzkie zanurzone w wodzie) wartość

napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale wynosi

12 V AC i 30 V DC

Pięć podstawowych reguł bezpieczeństwa

• Przed przystąpieniem do prac z urządzeniami elektrycznymi

należy:

-wyłączyć wszystkie obwody doprowadzające napięcie

do miejsca pracy,

-urządzenia wyłączające zabezpieczyć w sposób pewny

przed

ponownym załączeniem,

-sprawdzić przez pomiar brak napięcia,
-uziemić i zewrzeć obwód elektryczny urządzenia z

ziemią,

-osłonić i oddzielić sąsiadujące elementy znajdujące się

pod napięciem.

Podstawowa zasada ochrony przed

porażeniem prądem elektrycznym

• Podstawowa zasada ochrony przed porażeniem

elektrycznym brzmi następująco: 

• "Części czynne niebezpieczne nie powinny być

dostępne

, a części przewodzące

dostępne

nie

powinny być

niebezpieczne

„ zarówno w warunkach

normalnych (dla urządzeń sprawnych), a także w przypadku

pojedynczego uszkodzenia (np. w wyniku uszkodzenia

izolacji podstawowej (zwarcie przewodu fazowego z

obudową).

• System ochrony przeciwporażeniowej dzieli się na trzy

stopnie ochrony:

– 1. ochrona przeciwporażeniowa podstawowa,

– 2. ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa

(ochrona przy uszkodzeniu),

– 3. ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca.

Ochrona przeciwporażeniowa

podstawowa

• 1) Izolacja podstawowa

• Stała izolacja podstawowa, zapobiegająca dotykowi niebezpiecznych

części czynnych, powinna być wykonana z materiału izolacyjnego

stałego, którego można usunąć tylko przez zniszczenie. 

• 2) Obudowy

• Obudowa powinna zapewniać dla znajdujących się wewnątrz części

czynnych stopień ochrony co najmniej IP2X lub nie niższy niż IPXXB

Obudowy powinny być trwale zamocowane, a usunięcie ich powinno

być możliwe jedynie przy użyciu narzędzi  

• 3) Ogrodzenie (przeszkoda)

• Ma uniemożliwić

przypadkowe

dotknięcie części czynnych.  

• 4) Umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki

• Zapobiega:

•  - niezamierzonemu jednoczesnemu dostępowi do części

przewodzących, między którymi może wystąpić niebezpieczne

napięcie,

•  - przed przypadkowym dotknięciem ze stanowisk pracy.

Ochrona przeciwporażeniowa

dodatkowa

• System ochrony przeciwporażeniowej przewiduje ochronę

urządzenia w przypadku pojedynczego uszkodzenia np. w wyniku

uszkodzenia izolacji podstawowej. Stosuje się w tym przypadku 

drugi stopień ochrony - ochrona przeciwporażeniowa

dodatkowa (tzw. ochrona przy uszkodzeniu).

• Do ochrony przy uszkodzeniu należy stosować, niezależnie od

środków ochrony podstawowej, jeden lub więcej środków ochrony

dodatkowej. Ochrona dodatkowa (ochrona przy uszkodzeniu)

powinna polegać na zastosowaniu jednego z następujących

środków:

• 1) samoczynne wyłączenie zasilania,

• 2) izolacja podwójna lub wzmocniona,

• 3) separacja elektryczna, 

• 4) izolowanie stanowiska,

• 5) nieuziemione połączenia wyrównawcze

• 6) zasilanie napięciem bardzo niskim ze źródła bezpiecznego

(SELV, PELV).

Ochrona przeciwporażeniowa

uzupełniająca

• 1) Ochrona uzupełniająca ochronę podstawową (ochrona

uzupełniająca przed dotykiem

bezpośrednim)

polega na zainstalowaniu

w obwodzie chronionym wyłącznika różnicowoprądowego

wysokoczułego o prądzie wyzwalającym IΔn nie większym od 30 mA.  

• W wyłączniki różnicowoprądowe wysokoczułe, dla celów ochrony

przeciwporażeniowej uzupełniającej, powinny być wyposażone: 

• a)  wszelkie obwody gniazd wtyczkowych o prądzie znamionowym nie

przekraczającym 20 A  przeznaczone do użytkowania przez osoby

niewykwalifikowane (osoby postronne),

• b) wszelkie obwody odbiorcze do zasilania na wolnym powietrzu

urządzeń przenośnych o prądzie znamionowym  nie przekraczającym

32 A.

• c) instalacje użytkowane w warunkach szczególnego zagrożenia. 

• 2) Ochrona uzupełniająca ochronę dodatkową (ochrona

uzupełniająca przed dotykiem

pośrednim

) polega na wykonaniu

połączeń wyrównawczych miejscowych. Ich rola polega na ograniczeniu

długotrwale utrzymującego się napięcia dotykowego do poziomu

dopuszczalnego.

Środki ochrony dodatkowej

• Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania

• Jest środkiem ochrony, w którym:

• - ochrona podstawowa jest zapewniona przez izolację

podstawową  pomiędzy niebezpiecznymi częściami  czynnymi i

częściami przewodzącymi dostępnymi,

• -ochrona przy uszkodzeniu jest zapewniona przez samoczynne

wyłączenie zasilania.  

• Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na

utworzeniu pętli zwarciowych poprzez przewody ochronne

łączące dostępne części przewodzące z punktem

neutralnym sieci lub z ziemią (w zależności od układu sieci)

oraz zastosowaniu urządzeń ochronnych zapewniających

wyłączenie w wymaganym czasie. 

• Jako urządzenia ochronne powodujące wyłączenie odbiornika lub

obwodu mogą być zastosowane:

• — urządzenia przetężeniowe (nadprądowe), do których należą

wyłączniki z wyzwalaczami nadprądowymi lub przekaźnikami

nadprądowymi oraz bezpieczniki z wkładkami topikowymi,

Klasyfikacja typów sieci niskiego napięcia

•

Sieci i instalacje niskiego napięcia (do 1500 V) dzieli się na:

•

- sieci typu TN : TN-C, TN-S, TN-C-S,

•

- sieci typu TT,

•

- sieci typu IT 

•

Użyte w oznaczeniu typu sieci litery mają znaczenia: 

•

1) Pierwsza litera oznacza związek układu sieci z ziemią:

•

T - bezpośrednie połączenie jednego punktu neutralnego z ziemią,

•

I  - części czynne sieci są izolowane od ziemi;. 

•

2) Druga litera określa sposób połączenia dostępnych części przewodzących z

uziomem:

•

N - bezpośrednie połączenie dostępnych części przewodzących z uziemionym punktem

•

     neutralnym,

•

T - bezpośrednie połączenie dostępnych części przewodzących z uziomem niezależnym

•

     od uziomu punktu neutralnego sieci. 

•

3) Trzecia i czwarta litera określają oznaczenia związku przewodów N i PE:

•

C – w układzie funkcje przewodu neutralnego N i ochronnego PE pełni jeden przewód

ochronno - neutralny PEN,

•

S - funkcje przewodu neutralnego N i przewodu ochronnego PE spełniają oddzielne

•

     przewody.

Schematy układów sieciowych : sieć TN-C oraz

TN-S

Schematy układów sieciowych : sieć TN-C-S

oraz TT

Schematy układów sieciowych : sieć IT z izolowanym

punktem neutralnym, bez przewodu N oraz sieć z

uziemionym punktem neutralnym przez impedancję  Z i

z przewodem N

Właściwości sieci

W sieciach TN nie ma potrzeby wykonywania stosunkowo

kosztownych uziemień u każdego odbiorcy energii. Przewód
ochronny jest łączony z uziemionym punktem gwiazdowym
transformatora lub generatora.

W sieciach TN-C odpada koszt zainstalowania dodatkowego

przewodu ochronnego PE. Przewód PEN pełni rolę zarówno
przewodu neutralnego jak i ochronnego. Jednak w takich sieciach
aby zminimalizować niebezpieczeństwo utraty połączenia z ziemią
przewodu PEN (skutkujące pojawieniem się napięcia na korpusach
ochranianych urządzeń) muszą być stosowane specjalne, droższe
od normalnych, typy przewodów, często uziemiane.

W sieciach tego typu, w których impedancja obwodu

ochronnego jest zazwyczaj niewielka, prąd zwarciowy jest
wystarczająco duży aby spowodować zadziałanie wyłączników
nadprądowych

Zagadnienia bezpieczeństwa w sieciach

W sieciach TT, w których impedancja uziemień jest
zazwyczaj na tyle duża, że prądy zwarciowe nie powodują
zadziałania zabezpieczeń nadprądowych wymagane jest
instalowanie wyłączników RCD reagujących na małe prądy
(jako ochrona uzupełniająca).
Wiele starszych instalacji nie posiada takich zabezpieczeń.
W tych instalacjach w przypadku uszkodzenia izolacji
możliwe jest utrzymywanie się napięcia na korpusach
uziemianych urządzeń przez długie okresy czasu.
Nie zaleca się instalowania wyłączników RCD w sieciach TN-
C bowiem zareagują dopiero przy przepływie prądu przez
człowieka dotykającego korpusów urządzeń będących pod
napięciem wskutek uszkodzenia izolacji

Zagadnienia bezpieczeństwa w sieciach cd.

W sieciach TN-C oraz TN-C-S,(w sieciach TN-C-S bez

uziemionego punktu rozdziału przewodu N oraz przewodu
PE) w przypadku powstania przerwy na połączeniu
przewodu PEN z ziemią, może pojawić się pełne napięcie na
korpusach urządzeń elektrycznych i utrzymywać się przez
długi okres czasu. Z tego powodu zabronione jest
dokonywanie połączeń tego przewodu w obrębie gniazd,
wtyków oraz zabronione jest wykonywanie połączeń
przewodów elastycznych służących jako przewód ochronno
neutralny (ze względu na zwiększone ryzyko powstania
uszkodzenia).

Zabronione jest używanie takich sieci na kempingach,

łodziach oraz w miejscach zwiększonego ryzyka.

Zagadnienia bezpieczeństwa w sieciach cd.

W sieciach IT przy pierwszym pojedyńczym

uszkodzeniu izolacji prawdopodobieństwo przepływu
niebezpiecznego prądu przez ciało człowieka jest niewielkie
(przewody fazowe nie miały połączenia z ziemią).

Pierwsze uszkodzenie izolacji zmienia jednak system

sieci IT w sieć TN. Następne uszkodzenie izolacji może być
bardzo niebezpieczne. W trójfazowych systemach IT zwarcie
przewodu fazowego z ziemią powoduje powstanie na
pozostałych przewodach fazowych w stosunku do ziemi
napięcia 400 V czyli powstania sytuacji bardziej
niebezpiecznej niż w sieciach TN.

Układ sieciowy IT

W układzie sieciowym IT wszystkie części czynne są

odizolowane od ziemi, a części przewodzące dostępne

powinny być uziemione indywidualnie, grupowo lub

zbiorowo. W układzie IT z punktem neutralnym izolowanym

od ziemi nie wymaga się samoczynnego wyłączenia

zasilania w przypadku pierwszego doziemienia. Wyłączenie

zasilania w tym przypadku wykonuje się ręcznie  

Prąd pojedynczego zwarcia z ziemią ma charakter

prądu pojemnościowego i jego ograniczona wartość (zwykle

poniżej 1A) nie wystarcza do spełnienia warunku

samoczynnego wyłączenia zasilania, ale za to z reguły

występuje skuteczne obniżenie napięcia dotykowego do

bezpiecznego w danych warunkach środowiskowych,

zwykle 50 V, lub 25 V.

Obwody prądu zwarcia w układzie IT

Przepływ prądu zwarciowego w sieci IT

Na rysunku linią przerywaną zaznaczono obwód, w którym
płynie prąd w układzie IT z izolowanym punktem
neutralnym i przy indywidualnym uziemieniu części
przewodzących dostępnych. W przypadku gdy układ IT
wykorzystywany jest do zasilania obwodów elektrycznych,
należy zastosować urządzenie do kontroli stanu izolacji.
Praca układu IT z niewyłączonym pojedynczym
uszkodzeniem izolacji podstawowej urządzenia, zwiększa
prawdopodobieństwo uszkodzenia izolacji podstawowej w
innym urządzeniu..  Powstaje wtedy zwarcie podwójne,
którego prąd zwarciowy może być duży a napięcia
dotykowe mogą przekraczać wartości dopuszczalne. W
takich przypadkach jest konieczne samoczynne
wyłączenie zasilania w wymaganym czasie.

Uwagi eksploatacyjne

Centra medyczne, sale operacyjne, kopalnie, place

budów, warsztaty naprawcze, systemy okrętowe zasilane
przez generatory, zazwyczaj używają sieci IT z energią
dostarczaną przez transformatory separujące. Aby
zminimalizować niebezpieczeństwo powstania podwójnego
błędu izolacyjnego pojedyńczy transformator powinien
dostarczać energię do małej liczby odbiorników
(maksymalnie pięć).

Sieci tego rodzaju powinny być zabezpieczone przez

urządzenia monitorujące w sposób ciągły stan izolacji.

Klasy ochronności

• Urządzenia elektryczne ze względu na zastosowany  środek ochrony

przeciwporażeniowej dzieli się na cztery klasy ochronności : 0, I, II i III.

•  

• W urządzeniach klasy ochronności 0 ochronę przed porażeniem

stanowi w zasadzie tylko izolacja podstawowa. Brak zacisku ochronnego.

•  

• W urządzeniach klasy ochronności I ochronę realizuje się poprzez

połączenie przewodów PE lub PEN z zaciskami ochronnymi, przez co

następuje:

• - szybkie zadziałanie zabezpieczeń przetężeniowych i wyłączenie zasilania,

albo

• - ograniczenie napięć dotykowych do wartości uznanych za bezpieczne.

•  

• W urządzeniach klasy ochronności II ochrona jest zapewniona przez

fabryczne zastosowanie izolacji podwójnej lub wzmocnionej.

•  

• W urządzeniach klasy ochronności III, ochrona przeciwporażeniowa

jest zapewniona przez zasilanie ich bardzo niskim napięciem (SELV lub

PELV), mieszczącym się w zakresie napięcia bezpiecznego.

Ochrona za pomocą separacji

elektrycznej

• Separacja elektryczna jest środkiem ochrony, w którym:

• - ochrona podstawowa jest zapewniona przez izolację podstawową

pomiędzy niebezpiecznymi częściami czynnymi i częściami

przewodzącymi dostępnymi separowanego obwodu, oraz

• - przez nieuziemione połączenia wyrównawcze ochronne, łączące

części przewodzące dostępne separowanego obwodu, jeżeli więcej

niż jedno urządzenie jest przyłączone do separowanego  obwodu. 

• Ochrona przy dotyku pośrednim za pomocą separacji elektrycznej

polega na elektrycznym oddzieleniu obwodu zasilającego od

obwodu chronionego, za pomocą transformatora separacyjnego o

przekładni 1 : 1 lub przetwornicy separacyjnej, wykonanych w

drugiej klasie ochronności. 

• Ten rodzaj ochrony ma na celu zabezpieczenie obwodu

separowanego przed prądem rażeniowym przy dotyku do części

przewodzących dostępnych, które mogą znaleźć się pod

napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej urządzenia.

Separacja elektryczna dwóch urządzeń od

sieci zasilającej.

Ochrona za pomocą izolowania

stanowiska

• Izolowanie stanowiska jest środkiem ochrony, w którym:
• -  Ochrona podstawowa jest zapewniona przez izolację podstawową między

niebezpiecznymi częściami czynnymi  i częściami przewodzącymi
dostępnymi oraz

• - ochrona przy uszkodzeniu jest zapewniona przez środowisko

nieprzewodzące.

Ochrona za pomocą nieuziemionych połączeń

wyrównawczych

Zasilanie napięciem bardzo niskim ze źródła

bezpiecznego

• Ochrona za pomocą SELV

• Środek ochronny, w którym ochrona jest zapewniona:
• - ograniczeniem napięcia w obwodzie (układ SELV),
• - separacją ochronną układu SELV od wszystkich obwodów innych niż SELV i

PELV,

• - separacją zwykłą układu SELV, oddzielającą go od innych układów PELV i od

ziemi.

Zasilanie napięciem bardzo niskim ze

źródła bezpiecznego

• Ochrona za pomocą PELV

• Środek ochronny, w którym ochrona jest zapewniona:

• - ograniczeniem napięcia w obwodzie, który może być uziemiony i/lub którego

części  przewodzące dostępne mogą być uziemione (układ PELV),

• - separacją ochronną układu PELV od wszystkich obwodów innych niż SELV i PELV,

Współczesne zabezpieczenia

przeciwporażeniowe

Skuteczną ochronę przeciwporażeniową i

przeciwpożarową

w instalacjach elektrycznych zapewniają wielofunkcyjne

urządzenia ochronne różnicowoprądowe.

( w Europie występujące pod nazwą RCD - skrót ang.

"Residual Current Device„, w USA oraz Kanadzie nazywane

ground fault circuit interrupter (GFCI) lub ground fault

interrupter (GFI).
W Australii występują jako "safety switches" lub "RCD". We

Włoszech są nazywane "salvavita" (life saver) ).

Wyłączniki te występują w dwóch grupach jako:

- wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, lub
- wyłączniki współpracujące z przekaźnikami

różnicowoprądowymi. 

Rola RCD

• Urządzenia ochronne różnicowoprądowe mogą spełniać w

instalacjach elektrycznych, następujące funkcje:

– 1.1 ochrona przy dotyku pośrednim jako element

samoczynnego wyłączenia zasilania,

– 1.2 uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim,

przy zastosowaniu urządzeń różnicowoprądowych o

znamionowym różnicowym prądzie zadziałania nie

większym niż 30 mA,

– 1.3 ochrona przeciwpożarowa budynku przy

zastosowaniu urządzeń różnicowoprądowych, o

znamionowym różnicowym prądzie zadziałania nie

większym niż 500 mA. 

• Wyłączniki różnicowoprądowe nie są przewidziane do

pełnienia funkcji zabezpieczenia obwodów i wyposażenia

przed skutkami przeciążeń i zwarć.

Schemat trójfazowego wyłącznika 

różnicowoprądowego

Rola RCD

Zasadniczą funkcją wyłącznika różnicowoprądowego

jest ochrona uzupełniająca przed porażeniem prądem
elektrycznym. Zadaniem wyłącznika różnicowoprądowego
jest odłączenie zabezpieczanego obwodu od zasilania w
przypadku wystąpienia w tym obwodzie nadmiernego prądu
doziemnego.

Rozróżnia się wyłączniki RCD ogólnego typu oraz

selektywne oznaczone symbolem S (które charakteryzuje
parametr: czas niezadziałania tj. minimalny czas, przez
który wyłącznik różnicowoprądowy nie powinien się
wyłączyć, mimo że płynie przez niego wyzwalający prąd
różnicowy).

Podłączenie RCD w sieci TN-S

• Wyłącznik różnicowoprądowy zainstalowany jest w ten

sposób, że przechodzą przez niego przewody fazowe (jeden
w sieci jednofazowej, trzy w trójfazowej) oraz przewód
neutralny (zerowy). Ponadto chroniony nim obwód
odbiorczy ma wydzielony przewód ochronny PE.

Działanie RCD

Przy braku uszkodzeń w obwodzie prąd I1 jest równy prądowi I2 i prąd

różnicowy IΔ równy jest zeru.

W momencie, gdy pojawi się prąd doziemny część prądu I1 wpływa do

przewodu ochronnego. Ponieważ w miejscu przebicia prąd I1 rozdziela

się na dwa prądy: IΔ, wpływający do przewodu ochronnego oraz prąd

I2, wracający do przewodu neutralnego - prąd I2 różni się od prądu I1

o wartość prądu różnicowego IΔ.
Człon pomiarowy wyłącznika RCD mierzy stale prąd różnicowy IΔ i

powoduje odłączenie chronionego obwodu od zasilania, jeśli prąd

różnicowy przekroczy wartość charakterystyczną dla danego

wyłącznika. Wartością tą jest znamionowy prąd różnicowy, oznaczany

jako IΔn. Napięcie na korpusie zabezpieczanego urządzenia

(zaznaczonym linią przerywaną), zgodnie z prawem Ohma, wynosi:
UB = ID . RE
gdzie RE jest rezystancją między zaciskiem uziemiającym

zabezpieczane urządzenie a ziemią. Prąd znamionowy IΔn musi być

tak dobrany, aby napięcie dotykowe powstające w momencie

przepływu tego prądu, nie przekraczało napięcia bezpiecznego UL:
IDn < UL / RE

Prąd uszkodzeniowy

W istniejących obwodach istnieje możliwość

pojawienia się napięcia dotykowego

przekraczającego napięcie bezpieczne. Wyłącznik

chroniący obwód odłączy zasilanie tego obwodu w

ciągu kilkunastu dokilkudziesięciu milisekund (w

przypadku wyłączników selektywnych czas ten

wynosi do 500ms), co wynika z czasu zadziałania

mechanizmu RCD. Zanim wyłącznik

różnicowoprądowy zdąży zadziałać, prąd

uszkodzeniowy może wzrosnąć do wartości

ograniczonych tylko napięciem sieci i impedancją

utworzonego obwodu. 

Kryteria zadziałania RCD

Wyłącznik różnicowoprądowy ogranicza czas przepływu

prądu uszkodzeniowego (w przypadku porażenia prądem
czas przepływu prądu rażenia), a

nie wartość tego prądu

.

Kryterium zadziałania RCD jest jednak przekroczenie przez
prąd uszkodzeniowy (prąd rażenia) wartości różnicowego
prądu znamionowego wyłącznika, stąd prąd znamionowy
należy dobierać stosownie do rodzaju zabezpieczanych
odbiorników energii elektrycznej.

Miejsce zastosowań RCD

RCD o prądzie znamionowym 6 i 10mA należy stosować

jako środek ochrony dodatkowej w przypadkach

zwiększonego zagrożenia porażeniem (kuchnie, pralnie,

szklarnie).

Wyłącznik różnicowoprądowy o prądzie znamionowym

30mA należy stosować jako środek ochrony dodatkowej w

instalacjach mieszkaniowych, przemysłowych, w

instalacjach placów budowy, w gospodarstwach rolniczych i

na kempingach.

Wyłącznik różnicowoprądowy o prądzie znamionowym

100mA może stanowić środek ochrony uzupełniającej w

obwodach o dużym prądzie upływowym (szafy chłodnicze,

kuchnie i piece elektryczne).

RCD o prądzie

znamionowym 300 lub 500mA stanowi przede wszystkim

środek ochrony przeciwpożarowej, może być stosowany

jako wyłącznik główny instalacji elektrycznej.

Zbędne zadziałania RCD

• 1) Zbędne zadziałania wyłącznika są wynikiem błędnych

połączeń w obwodzie za wyłącznikiem, np. gdy przewód

neutralny N:

• - jest połączony bezpośrednio z przewodem ochronnym PE lub

uziemiony,

• - jest połączony z przewodem neutralnym N innych obwodów.

•  2) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje, nie

przekraczający wartości dopuszczalnej, ustalony prąd

upływowy chronionego obwodu.

• 3) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje przejściowy prąd

różnicowy (przejściowy prąd upływowy) chronionego obwodu.

Zdarza się to przy załączaniu grupy obwodów odbiorczych

wykazujących znaczne pojemności doziemne.

• 4) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje przepięcie i

towarzyszący mu przejściowy prąd różnicowy. Przyczyną

mogą być przepięcie pochodzenia atmosferycznego albo

łączeniowe w sieci elektroenergetycznej.

Zawodność wyłączników

różnicowoprądowych

Przeprowadzone w wielu krajach w Europie oraz w

Japonii i Stanach Zjednoczonych badania zawodności

wyłączników różnicowoprądowych wykazały, że liczba

niesprawnych wyłączników zawiera się od 2 do 20 %.

 
Niesprawne wyłączniki wykazują najczęściej

nadmierny rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania.

Jest to niewątpliwie sygnał dla użytkowników

wyłączników różnicowoprądowych , aby maksymalnie

zwiększyć częstość kontroli okresowych wyłączników,

natomiast w warunkach środowiskowych

stwarzających zwiększone zagrożenie, przeprowadzać

kontrole codzienne

, co najmniej przez sprawdzenie

działania wyłącznika przyciskiem kontrolnym T.

Pomiary

• Wykonując pomiary elektryczne uzyskujemy informacje o

stanie technicznym badanych urządzeń. Dobry stan

techniczny eksploatowanych urządzeń, czy też dopiero

zmontowanych i przekazywanych do eksploatacji, jest

gwarancją ich bezawaryjnej i bezpiecznej pracy.

• Pomiary w okresie eksploatacji służą dla oceny aktualnego

stanu technicznego urządzeń pod względem niezawodności

i bezpieczeństwa pracy. Wyniki pomiarów są podstawą

decyzji o dalszej eksploatacji lub dokonaniu odpowiednich

napraw, wymian czy remontów generalnych.

• Zastosowanie najlepszych środków ochrony

przeciwporażeniowej nie jest wystarczające, jeżeli nie będą

one prawidłowo działały. Okresowe pomiary mają

potwierdzić prawidłowość działania zastosowanych środków

ochrony.

Rodzaje pomiarów

1. Pomiary wykonywane na urządzeniach elektrycznych u

wytwórcy, dla sprawdzenia, że wykonane urządzenie

jest w pełni sprawne i spełnia wymagania określonych

norm lub aprobat technicznych. Karta kontroli

technicznej jest podstawą udzielenia gwarancji na dane

urządzenie.

2. Pomiary po wykonaniu montażu urządzeń elektrycznych

zamontowanych w obiekcie przed przekazaniem do

eksploatacji. Efektem tych pomiarów powinny być

protokoły odbiorcze.

3. Pomiary w okresie eksploatacji urządzeń, mające dać

odpowiedź jaki jest aktualny stan techniczny urządzeń

pod względem niezawodności i bezpieczeństwa pracy,

czy nie uległ on pogorszeniu w ostatnim okresie.

Okresowe sprawdzanie przyrządów

pomiarowych

• Przyrządy używane do sprawdzania stanu ochrony

przeciwporażeniowej dla zachowania wiarygodności

wyników badań powinny być poddawane okresowej kontroli

metrologicznej, co najmniej raz na rok. Okres ważności

mierników oporu pętli zwarcia wynosi 13 miesięcy, licząc

od pierwszego dnia miesiąca, w którym dokonano legalizacji

ponownej.

• Przyrządy używane do pomiaru rezystancji izolacji powinny

być poddawane okresowej kontroli metrologicznej

uwierzytelnienia w razie uszkodzenia lub stwierdzenia, że

błędy wskazań przekraczają błąd graniczny dopuszczalny

wynoszący 20 %.

Częstość przeglądów i badań okresowych

W projekcie normy zaproponowano:
Częstość przeglądów i badań okresowych powinna być

ustalana stosownie do rodzaju urządzeń i ich trybu pracy,

częstości i jakości zabiegów konserwacyjnych oraz warunków

środowiskowych.

Największe dopuszczalne odstępy czasu między kolejnymi

przeglądami i badaniami mogą być określone w przepisach

krajowych; jako właściwy można uznać okres trzech lat.

Okres krótszy niż trzy lata powinien być przyjęty w

warunkach zwiększonego zagrożenia, jak urządzenia narażone na

przyspieszone zużycie, urządzenia w miejscach niebezpiecznych

pod względem pożarowym i/lub wybuchowym, place budowy oraz

miejsca, w których są jednocześnie użytkowane urządzenia

niskiego i urządzenia wysokiego napięcia.

Okres dłuższy niż trzy lata może być przyjęty dla budynków

mieszkalnych.

Przeglądy i badania okresowe można zastąpić stałym

monitorowaniem stanu technicznego urządzeń

Szczegółowe uregulowania dla przeglądów i

badań okresowych urządzeń elektrycznych

według

normy DIN VDE 0702:

Okresowe sprawdzanie skuteczności ochrony w

pełnym zakresie przez osoby uprawnione powinno

odbywać się w odstępach czasu nie większych niż:
1 miesiąc − w instalacjach zasilających odbiorniki

ręczne i przenośne, użytkowane w warunkach

wymagających ochrony z użyciem wyłączników

różnicowoprądowych,
½ roku − w instalacjach publicznych basenów

kąpielowych, łaźni i saun,
1 rok − w warunkach szczególnego zagrożenia

(arkusze 700) poza wymienionymi wyżej,
2 lata − w instalacjach biurowców,
4 lata − w innych instalacjach.

Sprawdzania skuteczności ochrony

przeciwporażeniowej w obwodach

zabezpieczonych wyłącznikami ochronnymi

różnicowoprądowymi

Sprawdzenie wyłączników ochronnych

różnicowoprądowych powinno obejmować:
-1. sprawdzenie działania wyłącznika przyciskiem
“TEST”;
-2. sprawdzenie prawidłowości połączeń
przewodów L, N, PE;
-3. sprawdzenie napięcia dotykowego dla wartości
prądu wyzwalającego ID (nie jest wymagane przez
przepisy);
-4. pomiar czasu wyłączania wyłącznika (nie jest
wymagany przez przepisy);
-5. pomiar prądu wyłączania ID.

Badania RCD z pomocą testera

• Miernik MRP-200 służy do przeprowadzania pełnego zakresu

badań wyłączników ochronnych różnicowoprądowych
Miernik MRP-200 jest przenośnym przyrządem

przeznaczonym do pomiaru parametrów instalacji

zabezpieczonych wyłącznikami RCD zwykłymi i selektywnymi

o znamionowym prądzie różnicowym 10 mA do 500 mA.

• Miernik umożliwia szybkie sprawdzanie poprawności połączeń

przewodów L, N i PE w gniazdkach sieciowych i w obwodach

bez gniazd wtyczkowych oraz pomiar istotnych parametrów:

• - napięcia przemiennego sieci,

• - rezystancji uziemienia zabezpieczonego obiektu,

• - napięcia dotykowego bez wyzwalania wyłącznika,

• - rzeczywistego prądu wyzwalania wyłącznika prądem

narastającym,

• - pomiar czasu zadziałania badanego wyłącznika.

Badanie RCD testerem MRP 200

Zasada pomiaru impedancji pętli zwarciowej

metodą techniczną w sieci TN-C:

L1

PEN

L3

L2

TN - C

1a

1

2

R

X

p1

p2

A

V

>I

>I

>I

1b

1- zabezpieczenie przetężeniowe, 1a – bezpiecznik, 1b – wyłącznik,
2 – odbiornik trójfazowy

Pomiary rezystancji izolacji

• Pomiary rezystancji izolacji służą do określenia stanu izolacji

instalacji oraz odbiorników energii elektrycznej. Stan izolacji

ma decydujący wpływ na bezpieczeństwo obsługi i

prawidłowe funkcjonowanie urządzeń elektrycznych. Dobra

izolacja to obok innych środków ochrony również gwarancja

ochrony przed dotykiem bezpośrednim.

• Systematyczne wykonywanie badań jest niezbędne w celu

wykrycia pogarszającego się stanu izolacji i jest stałym

elementem prac kontrolno-pomiarowych. Istnieje pięć

podstawowych elementów mających wpływ na degradację

izolacji: narażenia elektryczne i mechaniczne, agresja

chemiczna, narażenia termiczne oraz zanieczyszczenie

środowiska. W czasie normalnej pracy instalacji i urządzeń

elektrycznych izolacja starzeje się na skutek ich

oddziaływania.

Metody pomiaru rezystancji przewodów

• Pomiary rezystancji powinny być wykonane w instalacji

odłączonej od zasilania. Rezystancję izolacji należy mierzyć

pomiędzy kolejnymi parami przewodów czynnych oraz

pomiędzy każdym przewodem czynnym i ziemią. Przewody

ochronne PE i ochronno-neutralne PEN traktować należy

jako ziemię, a przewód neutralny N jako przewód czynny.

• Przy urządzeniach z układami elektronicznymi pomiar

rezystancji izolacji należy wykonywać pomiędzy

przewodami czynnymi połączonymi razem a ziemią, celem

uniknięcia uszkodzenia elementów elektroniki. Bloki

zawierające elementy elektroniczne, o ile to możliwe należy

na czas pomiaru wyjąć z obudowy. Podczas pomiaru

rezystancji izolacji kabli w obwodach z przemiennikami

częstotliwości i falownikami, przed pomiarem należy kable

odłączyć od przemiennika.

Prąd upływu

• Prąd upływu izolacji jest to mały prąd o

charakterze rezystancyjnym płynący wzdłuż

ścieżek przewodzących, z którego można

wyróżnić dwie składowe, tj. prąd płynący przez

materiał izolacyjny i po powierzchni materiału

izolacji. Prąd ten narasta szybko do stałej wartości

i pozostaje niezmienny dla określonego napięcia

pomiarowego.

• Zwiększenie prądu upływu może stać się w

przyszłości źródłem uszkodzeń. Prąd upływu

powinien być mierzony wtedy, kiedy kondensator

reprezentujący pojemność izolacji jest

naładowany a zjawiska absorpcji ustały

Zmiana wartości rezystancji w czasie pomiaru

• Podczas pomiaru rezystancji izolacji jej wartość początkowo

szybko wzrasta, po czym ustala się przy pewnej wartości.

Zjawisko to jest spowodowane zmianami fizycznymi i

strukturalnymi zachodzącymi w materiale izolacyjnym.

Izolowane części metalowe (np. kabel) stanowią

kondensator i początkowo płynie prąd pojemnościowy o

znacznej wartości. Prąd ten po pewnym czasie maleje do

zera, a szybkość jego zanikania zależy od pojemności

badanego obiektu. Duże obiekty z większą pojemnością np.

kable elektroenergetyczne ładują się w dłuższym czasie.

Zgromadzony ładunek stanowi źródło potencjalnego

zagrożenia, dlatego po pomiarze powinien być

bezwzględnie rozładowany. Niektóre testery dokonują

samoczynnego rozładowania mierzonego obiektu po

zakończeniu pomiarów.

Przebieg prądów przy pomiarze

Składowe prądu pomiarowego

• Całkowity prąd jest sumą trzech prądów składowych.

• Prąd ładowania pojemności. Prąd ten jest początkowo duży i

spada w miarę jak ładowana jest pojemność.

• Prąd absorpcji. Prąd ten jest również początkowo duży ale

spada w dużo wolniejszym tempie niż prąd ładowania

pojemności.

• Prąd przewodzenia lub upływności. Jest to mały ustalony

prąd, z którego można wydzielić dwie składowe:

• prąd płynący wzdłuż ścieżek przewodzących przez materiał

izolacji (upływność skrośna),

• prąd płynący wzdłuż ścieżek przewodzących po powierzchni

materiału izolacji (upływność powierzchniowa).

• Tak więc, całkowity prąd zależy od czasu przez który

przykładane jest napięcie do badanej izolacji. Prawo Ohma

ma teoretycznie zastosowanie dopiero po czasie

nieskończonym.

Składowe prądu pomiarowego

• Prąd ładowania spada relatywnie szybko po tym, jak obiekt

badany naładuje się. Rzeczywista długość czasu ładowania

zależy od pojemności badanego obiektu.

• Duże obiekty z większą pojemnością ładują się dłuższy

czas, na przykład długie kable energetyczne. Prąd absorpcji

maleje relatywnie wolniej w porównaniu z prądem

ładowania pojemności. Prądy przewodzenia lub upływności

narastają szybko do pewnej stałej wartości i pozostają stałe

dla danego, niezmiennego napięcia probierczego. Prąd ten

jest wynikiem istnienia: wilgoci, zabrudzeń itp., które

wpływają na jakość izolacji, oraz w konsekwencji na wartość

zmierzonej rezystancji izolacji. Zwiększenie prądu

upływności wskazuje na możliwość przyszłych kłopotów.

Pomiar testerem

• Przyrząd mierzy rezystancję izolacji podając na badaną

rezystancję RX napięcie pomiarowe U i mierząc przepływający

przez nią prąd I kontrolowany od strony zacisku COM (rys. 1).

Napięcie pomiarowe jest wybierane spośród wartości od 50 do

1000V (w mierniku MIC-2500 do 2500V) co 10V.

•

• Prąd wyjściowy przetwornicy ograniczany jest na poziomie

1,0...1,4 mA. Ograniczenie prądu może występować w pierwszej

fazie pomiaru wskutek ładowania pojemności badanego obiektu.

Pomiar metodą trójzaciskową

• W celu wyeliminowania wpływu rezystancji

powierzchniowych w transformatorach, kablach, itp. stosuje

się pomiar trójzaciskowy (rys. 3). Przykładowo: przy

pomiarze rezystancji międzyuzwojeniowej transformatora

gniazdo miernika łączymy z kadzią transfmatora:

Pomiar rezystancji izolacji kable metodą trójzaciskową

• przy pomiarze rezystancji izolacji kabla między jedną z żył a

płaszczem kabla, wpływ rezystancji powierzchniowych

(istotny w trudnych warunkach atmosferycznych) eliminuje

się łącząc kawałek folii metalowej nawiniętej na izolację

mierzonej żyły z gniazdem E miernika: podobnie postępuje

się podczas pomiarów rezystancji izolacji między dwiema

żyłami kabla, dołączając do zacisku E pozostałe żyły, nie

biorące udziału w pomiarze.

Pomiar rezystancji izolacji kabli metodą

trójzaciskową