Ochrona

przeciwporażeniowa w

urządzeniach niskiego

napięcia

Podstawowe sposoby

realizacji ochrony

Rodzaje ochrony przeciwporażeniowej i
środki jej realizacji w instalacjach
elektrycznych niskiego napięcia (liczby w
polach – zgodne z PN - IEC 60364 – 4 - 4)

412 Ochrona przed dotykiem bezpośrednim – ochrona podstawowa

412.1 Ochrona polegająca na izolowaniu części czynnych

412.2 Ochrona przy użyciu ogrodzenia lub obudowy

412.3 Ochrona przy użyciu barier

412.4 Ochrona polegająca na umieszczeniu poza zasięgiem ręki

412.5 Ochrona uzupełniająca za pomocą urz. różnicowoprądowego

Rodzaje ochrony przeciwporażeniowej i
środki jej realizacji w instalacjach
elektrycznych niskiego napięcia (liczby w
polach – zgodne z PN - IEC 60364 – 4 - 4)

413 Ochrona przed dotykiem pośrednim – ochrona dodatkowa

413.1 Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania

413.2 Ochrona polegająca na zastosowaniu urz. II kl. ochronności
lub o izolacji równoważnej

413.3 Ochrona polegająca na izolowaniu stanowiska

413.4 Ochrona za pomocą nie uziemionych poł. wyrównawczych

413.5 Ochrona za pomocą separacji elektrycznej

Rodzaje ochrony przeciwporażeniowej i
środki jej realizacji w instalacjach
elektrycznych niskiego napięcia (liczby w
polach – zgodne z PN - IEC 60364 – 4 - 4)

411 Równoczesna ochrona przed dotykiem
bezpośrednim i pośrednim

411.1 Ochrona polegająca na zastosowaniu
bardzo niskiego napięcia SELV i PELV

411.2 Ochrona za pomocą ograniczenia
energii rozładowania

411.3 Obwody FELV

Ochrona przed dotykiem
bezpośrednim (ochrona
podstawowa)



Izolowanie części czynnych



Ogrodzenia lub obudowy



Bariery



Umieszczenie poza zasięgiem ręki



Urządzenia ochronne
różnicowoprądowe (uzupełnienie
ochrony podstawowej)

Izolowanie części czynnych



Części czynne powinny być w całości pokryte
izolacją, która może być usunięta jedynie
przez jej zniszczenie



Izolacja winna spełniać wymagania
odpowiednich norm dotyczących tych
urządzeń elektrycznych, w których jest
zastosowana



Pokrycie farbą, pokostem itp. na ogół nie są
uznawane



Okresowa kontrola stanu izolacji

Ogrodzenia lub obudowy



Przeznaczone do zapobiegania
jakiemukolwiek dotknięciu części czynnych



Zapewnienie stopnia ochrony min. IP2X a
dla dostępnych górnych poziomych
powierzchni min. IP4X (za wyjątkiem
wymiany części - informacja)



Odpowiednia wytrzymałość



Usunięcie tylko przy użyciu klucza lub
innego narzędzia lub po wyłączeniu zasilania

Bariery



Zabezpieczają przed przypadkowym
dotknięciem (lecz nie przed zamierzonym)
do części czynnych



Powinny uniemożliwić niezamierzone
dotknięcie części czynnych



Mogą być usuwane bez użycia klucza, lecz
winny być zabezpieczone przed
niezamierzonym usunięciem



Tylko przy przeszkolonym personelu

Umieszczenie poza zasięgiem
ręki



Zapobieganie niezamierzonemu dotknięciu
części czynnych



Części o różnych potencjałach nie powinny
być jednocześnie dostępne (min. 2.5m
odległości)



W miejscach, w których normalnie
wykonuje się prace z użyciem przedmiotów
przewodzących o dużej długości, odległości
powinny być odpowiednio zwiększone



W budynkach tylko przy przeszkolonym
personelu

Równoczesna ochrona przed
dotykiem bezpośrednim i
pośrednim



Bardzo niskie napięcie bezpieczne - SELV
(Safety Extra-Low Voltage) - obwody bez
uziemień



Bardzo niskie napięcie ochronne - PELV
(Protection Extra-Low Voltage) - obwody z
uziemieniami



Bardzo niskie napięcie funkcjonalne - FELV
(Functional Extra-Low Voltage)

Rażenie napięciem
dotykowym w sieci TN

L1
L2
L3
PEN

R

r

U

f

Z

F

R

r

I

Z

Z

PEN

I

Z

I

Z

I

Z

I

r

= U

d

/ (R

c

+ 0.5R

p

)

U

d

= U

f

Z

PEN

/ (Z

f

+Z

PEN

)

I

r

I

r

I

r

R

C

R

p

R

p

I

r

U

d

I

r

+

I

Z

Sieć TN - C

PEN

PEN

PEN

L
1
L
2
L
3

Sieć TN - S

L
1
L
2
L
3

N
PE

PE

PE

Sieć TN - C - S

L
1
L
2
L
3

PEN

PEN

N
PE

PE

Samoczynne wyłączenie
zasilania



Urządzenie ochronne powinno samoczynnie wyłączyć
zasilanie chronionego obwodu lub urządzenia w taki
sposób, aby w następstwie zwarcia między częścią
czynną z częścią przewodzącą dostępną spodziewane
napięcie dotykowe przekraczające 50V AC lub 120V DC
było wyłączone tak szybko, żeby nie wystąpiły (przy
dotyku) niebezpieczne skutki patofizjologiczne dla
człowieka



W pewnych okolicznościach dopuszcza się czas
wyłączania nie dłuższy niż 5s niezależnie od wartości
napięcia dotykowego



Dostępne części przewodzące powinny być połączone z
przewodem ochronnym

Samoczynne wyłączenie zasilania
w sieci TN - rysunek

I

Z

=U

F

/Z

S

>

=I

A

R

r

I

Z

I

Z

I

Z

I

Z

U

F

Z

F

Z

PEN

I

Z

R

r

U

d

L1
L2
L3
PE
N

Samoczynne wyłączenie zasilania
w sieci TN



Wszystkie części przewodzące dostępne
powinny być przyłączone do uziemionego
punktu zasilania za pomocą przewodów
ochronnych uziemionych na każdym
transformatorze (prądnicy)



W przypadku zwarcia między przewodem
fazowym (liniowym) i przewodem ochronnym
lub częścią przewodzącą dostępną urządzenie
wyłączające powinno zapewnić samoczynne
wyłączenie zasilania w określonym czasie:

Czas wyłączenia w sieci
TN

U

F

[V ]

t

m ax

[s]

<1 2 0

0 .8

1 20 – 23 0

0 .4

2 30 – 27 7

0 .4

2 77 – 40 0

0 .2

>4 0 0

0 .1

Charakterystyki czasowo-prądowe wyzwalaczy typu B, C i D
wyłączników nadprądowych
I

N

– prąd wyzwalacza przeciążeniowego,

T

nt

, I

t

– prąd niezadziałania i prąd zadziałania

wyzwalacza

Ochrona przed dotykiem pośrednim w sieci o układzie TN-S
- układy samoczynnego wyłączenia zasilania za pomocą
wyłącznika różnicowoprądowego (1) bezpieczników (2) i
wyłączników (3)

Ochrona przed dotykiem pośrednim w sieci o układzie TN-S
- charakterystyki czasowo-prądowe bezpieczników gL
F

16

– charakterystyka pasmowa bezpiecznika 16 A

Wyłącznik różnicowoprądowy – kluczowy
element ochrony przeciwporażeniowej

Znana od 40 lat idea działania...

... znalazła masowe zastosowanie dzięki
miniaturyzacji i nowym rozwiązaniom
materiałowym

i jest jednym z wielu elementów nowoczesnych i
bezpiecznych instalacji elektrycznych.

Wyłączniki różnicowoprądowe



Budowa:



wyłączniki o działaniu bezpośrednim wyzwalane
prądem różnicowym



wyłączniki o działaniu pośrednim z
wzmacniaczem elektromagnetycznym - nie
działają w przypadku przerwy w przewodzie
neutralnym



Ochrona



przed dotykiem pośrednim - nie w sieci TN-C



przed dotykiem bezpośrednim (prąd wyzwalania
max. 30mA)



przeciwpożarowa

Parametry wyłączników
różnicowoprądowych



Znamionowy prąd różnicowy



10mA: ochrona pojedynczych urządzeń



30mA: ochrona gospodarstw domowych



100mA, 300mA: zbiorcze w budynkach, w
przemyśle do ochrony urządzeń, w
gospodarstwach domowych o ile 30mA jest za
mały



Prąd znamionowy



Czas zadziałania - opóźnienie dla
zabezpieczeń głównych

Charakterystyki wyłączników
różnicowoprądowych

40ms

t

0,5I

n

I

n

5I

n

I



30mA300mA

I



t

2

1

PI

PI

PI

PI

PI

1

2

Selektywność wyłączników
różnicowoprądowych

wyłącznik

wyłączniki

główny

obwodowe

Uziemienia dodatkowe



W przypadku przebicia



obniżenie napięcia dotykowego



zwiększenie prądu zwarcia - skrócenie
czasu wyłączenia napięcia zasilania



W przypadku przerwy w przewodzie
ochronnym



obniżenie napięcia dotykowego



umożliwienie przepływu prądu zwarcia -
możliwość wyłączenia napięcia zasilania

Uziemienia dodatkowe -
rysunek

Napięcie
dotykowe
dla:

W - otwarty

(brak uziem.
dod.)

W -
zamknięty

(jest uziem.
dod.)

U

F

Z

F

Z

PEN

I

Z

R

r

U

d

R

d

U

F

Z

F

Z

PEN

I

Z

R

r

U

d

R

r

I

Z

I

Z

R

d

W

L1
L2
L3
PEN

U

d

x

U

d

x

Uziemienia dodatkowe - przerwa w
PE

U

F

Z

F

I

Z

R

r

U

d

R

d

U

F

Z

F

R

r

U

d

Napięcie
dotykowe
dla:

W - otwarty

(brak uziem.
dod.)

W -
zamknięty

(jest uziem.
dod.)

R

r

I

Z

I

Z

R

d

W

L1
L2
L3
PEN

U

d

x

U

d

x

Zwarcie przewodu fazowego
(liniowego) z ziemią w sieci
TN



Gdy może nastąpić bezpośrednie zwarcie
przewodu fazowego (liniowego) z ziemią
(linie napowietrzne) to aby napięcie między
przewodem ochronnym a ziemią nie
przekroczyło 50V musi być spełniony
warunek: R

B

/R

E

<=50/(U

F

-50), gdzie:



R

B

- wypadkowa rezystancja wszystkich

połączonych równolegle uziomów



R

E

- minimalna rezystancja przejścia w miejscu

zwarcia

PE

L1
L2
L3
PEN

R

r

R

O

M2

M1

Zakaz uziemień ochronnych w TN

R

r

=4,5 R

O

=1,2 Z

F

=Z

PEN

=0,5 bezp. typu

gG I

nb

=20A

2.

Z

F

R

r

I

Z2

U

F

R

O

U

dM1

U

dM2

I

Z2

I

Z2

I

Z2

I

Z2

2.

2. I

Z2

=220V/(4,5+1,2+0,5) 35,5A t

wył

=400s> t

max

=0,4s

U

dM1

= I

Z2

R

r

=160V>50V U

dM2

= I

Z2

R

O

=42,6V<50V

1.

Z

F

Z

PEN

I

Z1

U

F

I

Z1

I

Z1

I

Z1

I

Z1

1.

1. I

Z1

=220V/(0,5+0,5) 220A t

wył

=0,1s<t

max

=0,4s

Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TT - rysunek

U

d

= I

Z

R

o

I

Z

= U

f

/ Z

S

>=

I

A

PE

L
1
L
2
L
3
N

R

r

R

O

I

Z

U

f

Z

F

R

r

I

Z

I

Z

R

O

I

Z

U

d

Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TT



Wszystkie części przewodzące dostępne chronione przez to
samo urządzenie powinny być połączone ze sobą przewodami
ochronnymi i przyłączone do tego samego uziomu



Punkt neutralny powinien być uziemiony w każdej stacji
transformatorowej



Powinien być spełniony warunek:



I

Z

>=I

A

lub U

d

<=50V, przy czym U

d

= I

Z

R

O

, skąd: R

O

I

A

<=50V



I

A

jest znamionowym prądem wyzwalającym wyłącznika

różnicowoprądowego lub też prądem zapewniającym
samoczynne zadziałanie wyłącznika nadmiarowoprądowego w
czasie nie dłuższym niż 5s, R

O

- rezystancją uziemienia

ochronnego



Mogą być stosowane następujące urządzenia ochronne:



urządzenia ochronne nadmiarowoprądowe - czas wyłączenia do
5s



urządzenia ochronne różnicowoprądowe - czas wyłączenia do 1s

Samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach
IT



Przewody i części czynne odizolowane od ziemi



Części przewodzące dostępne powinny być uziemione
z zachowaniem warunku: R

O

I

Z

<=50V, gdzie:



R

O

- rezystancja uziemienia ochronnego



I

Z

- prąd pojedynczego zwarcia



Mogą być stosowane następujące urządzenia
ochronne

:



stała kontrola stanu izolacji



urządzenia ochronne nadmiarowoprądowe



urządzenia ochronne różnicowoprądowe



Po wystąpieniu podwójnego zwarcia urządzenie
zabezpieczające powinno zapewnić ochronę -
wyłączyć zasilanie z zachowaniem warunków:

Samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach IT -
cd.

C z a s w ył ąc z en i a [ s]

N a p ię c ie z n a m i o n .

U

F

/U

P

[ V ]

z p rz e w o d e m N

b e z p rz e w o d u N

1 2 0 - 2 4 0

0 .8

5 .0

2 3 0 /4 0 0

0 .4

0 .8

4 0 0 /6 9 0

0 .2

0 .4

5 8 0 /1 0 0 0

0 .1

0 .2

Z

S

- impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód

fazowy (liniowy) i ochronny
Z

S

‘ - impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód

neutralny i ochronny
I

A

- prąd powodujący zadziałanie urządzenia

zabezpieczającego w czasie nie dłuższym niż:

Z

S

<=U

P

/(2I

A

) dla sieci bez

przewodu N
Z

S

‘<=U

F

/(2I

A

) dla sieci z

przewodem N

Izolacja ochronna



Izolacja podwójna (robocza +
dodatkowa)



Izolacja wzmocniona (równoważna
podwójnej)



Obudowa izolacyjna



odpowiednia wytrzymałość



otwierana przy użyciu kluczy lub narzędzi



nie powinny przez nią przechodzić części
przewodzące

Izolacja ochronna -
rysunek

Izolacja
wzmocniona

Izolacja
podwójna

Obudowa
izolacyjna

Izolowanie stanowiska



Rezystancja podłóg i ścian w każdym punkcie min:



50kdla U

n

<=500V



100kdla U

n

>500V



Części przewodzące dostępne muszą być tak rozmieszczone
aby nie można było jednocześnie dotknąć dwóch części
przewodzących dostępnych lub jednej części przewodzącej
dostępnej i jednej części przewodzącej obcej, jeżeli części
te mogą znaleźć się pod różnymi potencjałami



oddalenie od siebie na min. 2m



umieszczenie barier



izolowanie części przewodzących obcych



Na stanowisku nie wolno umieszczać przewodu ochronnego



Środki ochrony powinny być wyposażeniem stałym



Należy zapobiec przenoszeniu potencjału z zewnątrz przez
części przewodzące obce

Izolowanie stanowiska - rysunek

N

L
1
L
2
L
3

I

r

<=U

F

/R

i

<=10mA

I

r

I

r

>=2m

bariera

Nieuziemione miejscowe połączenia
wyrównawcze



Przewody połączeń wyrównawczych powinny
łączyć ze sobą wszystkie części przewodzące
jednocześnie dostępne i części przewodzące
obce



System połączeń wyrównawczych nie powinien
mieć połączenia elektrycznego z ziemią



Należy przewidzieć środki ostrożności
zapobiegające narażeniu osób wchodzących na
stanowisko, szczególnie gdy przewodząca
podłoga połączona jest z systemem połączeń
wyrównawczych

Nieuziemione miejscowe połączenia
wyrównawcze - rysunek

N

L
1
L
2
L
3

U

d

=0

I

r

I

Z

I

Z

Separacja elektryczna



Obwód zasilany ze źródła separacyjnego
(transformatora separacyjnego lub
równoważnego)



Napięcie nie większe niż 500V



Części czynne nie powinny być połączone z
innym obwodem ani z ziemią



Przewody obwodu powinny być widoczne w
miejscach, w których mogą ulec uszkodzeniu



Zaleca się oddzielne oprzewodowanie obwodu

Separacja elektryczna - c.d.



Jedno urządzenie:



części przewodzące dostępne obwodu separacyjnego nie
powinny być przyłączone do przewodu ochronnego oraz do
części przewodzących dostępnych innych obwodów



Więcej (do 5) urządzeń:



części przewodzące dostępne obwodu separacyjnego
powinny być połączone ze sobą przez izolowane
nieuziemione przewody wyrównawcze, przewody tego
obwodu nie powinny być połączone z przewodami
ochronnymi innych obwodów



wszystkie gniazda winny mieć styki ochronne przyłączone do
systemu połączeń wyrównawczych (a przewody żyłę)



w przypadku podwójnego zwarcia dwóch części
przewodzących zasilanych przez przewody o różnej
biegunowości urządzenie ochronne powinno zapewnić
wyłączenie zasilania w czasie jak dla sieci TN

Separacja elektryczna - jeden odbiornik

Transformator
separacyjny

L

N

I

r

I

r

< U

f

/ R

i

<=

10mA

R

i

Separacja elektryczna - kilka
odbiorników

Transformator
separacyjny

L

N

I

Z

I

Z

I

Z

SELV

6. Części czynne i części przewodzące

dostępne nie uziemione ani nie
połączone z przewodami ochronnymi
innych obwodów

7. Jeżeli napięcie przekracza 25V AC lub

60V DC to należy zapewnić ochronę
podstawową przez:

- ogrodzenia lub obudowy o stopniu ochrony
min.

IP 2X

- izolację o wytrzymałości min. 500V

PELV

6. Jeżeli zachodzi przynajmniej jeden z warunków:

- w warunkach środowiskowych 1 napięcie przekracza
25V AC lub 60V DC
- w warunkach środowiskowych 2 napięcie przekracza 6V
AC lub 15V DC
- urządzenie nie znajduje się w strefie objętej wpływem
połączenia wyrównawczego

to należy zapewnić ochronę podstawową przez:

- ogrodzenia lub obudowy o stopniu ochrony min. IP 2X
- izolację o wytrzymałości min. 500V

FELV

1. Poziom napięcia - napięcie bezpieczne
2. Wtyczki i gniazda unikatowe
3. Ochrona podstawowa zapewniona przez:

- ogrodzenia lub obudowy
- izolację dla napięcia pierwotnego

4. Ochrona dodatkowa zapewniona przez połączenie

części przewodzących dostępnych obwodu FELV
z:

- przewodem ochronnym obwodu pierwotnego o ile
obwód pierwotny chroniony jest przez samoczynne
wyłączenie zasilania
- nieuziemionym przewodem połączenia
wyrównawczego obwodu pierwotnego, gdy ten
chroniony jest przez separację elektryczną