ZASADY BEZPIECZNEJ OBSŁUGI URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Wraz z rozwojem techniki i zwiększającą się wciąż liczbą urządzeń elektrycznych a co z tym idzie zużycia energii elektrycznej zwiększa się liczba osób stykających się z prądem elektrycznym. Powoduje to nasilenie występowania nieszczęśliwych wypadków spowodowanych porażeniem prądem elektrycznym. W Polsce brak jest dokładnych danych statystycznych dotyczących wypadków śmiertelnych powodowanych prądem elektrycznym jednak wskaźnik ilości wypadków śmiertelnych na milion mieszkańców na rok wynosi około 9. Jest on bardzo duży, wielokrotnie większy niż w krajach bardziej uprzemysłowionych gdzie wynosi 1,5 - 2,0 , przy czym zużycie energii na jednego mieszkańca na rok w Polsce jest 2 - 4 razy mniejsze niż np.: w Niemczech czy we Francji. Najczęstszą przyczyną porażeń bywa przypadkowe dotknięcie części urządzeń będących pod napięciem, podczas obsługi i dokonywania napraw. Poza tym liczba wypadków przy urządzeniach niskiego napięcia jest znacznie większa niż przy obsłudze urządzeń wysokiego napięcia. Wynika to przede wszystkim z tego, iż z urządzeniami niskiego napięcia mamy do czynienia wszyscy na co dzień a urządzenia wysokiego napięcia obsługuje mniejsza liczba ludzi posiadających przy tym wyższe kwalifikacje.

Najczęstszymi przyczynami wypadków są :

• wadliwa budowa urządzeń elektrycznych

• uszkodzenie izolacji podczas eksploatacji

• nieprzestrzeganie przepisów bezpieczeństwa

Liczbę wypadków można wielokrotnie zmniejszyć przez odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie urządzeń elektrycznych oraz akcję uświadamiającą i szkoleniową. Ochrona przeciwporażeniowa obsługi i użytkowników urządzeń i instalacji elektrycznych powinna być tak realizowana, aby w wypadku różnorodnych uszkodzeń oraz błędnych działań i zachowań ludzi następowało :

• ograniczenie prądów rażeniowych przepływających przez ciało człowieka do wartości nie większych niż uznanych za bezpieczne w danych warunkach,

• ograniczenie czasów przepływu prądów rażeniowych przez szybkie wyłączenie uszkodzonych urządzeń.

Warunki takie zapewni nam wykonanie instalacji zgodnie z obowiązującymi normami i skontrolowanie po wykonaniu przez osoby upoważnione.

Działanie prądu na organizm ludzki

Obsługa i użytkowanie urządzeń elektrycznych, a nawet przypadkowa styczność z tymi urządzeniami, są związane z możliwością wystąpienia nieszczęśliwych wypadków wskutek istnienia napięcia, które może być przyczyną przepływu prądu elektrycznego przez ciało człowieka. Prąd elektryczny przepływając przez ciało człowieka wywołuje w nim zmiany fizyczne, chemiczne i biologiczne, ogólnie zwane rażeniem elektrycznym. Następstwa działania prądu elektrycznego zależą od rodzaju, wartości i częstotliwości prądu, czasu trwania rażenia, drogi przepływu prądu w organizmie oraz indywidualnych cech i stanu fizjologicznego organizmu w chwili rażenia. Śmierć człowieka wywołana rażeniem elektrycznym jest powodowana najczęściej fibrylacją (migotaniem) komór serca, rzadziej zatrzymaniem oddechu lub szokiem. Za granicę natężenie prądu niebezpiecznego dla życia ludzkiego przy ograniczonym przepływie prądu przyjmuje się zazwyczaj 25 mA.

Wartość natężenia prądu płynącego w chwili dotknięcia części będących pod napięciem zależy od :

• wartości napięcia zasilającego obwód prądowy, w którym znajduje się ciało ludzkie,

• rezystancji ciała ludzkiego,

• rezystancji pozostałych części obwodu (źródła napięcia, przewodów zasilających, uziemienia punktu zerowego itp.)

• pojemności (przy prądzie zmiennym) i upływności w sieciach o izolowanym punkcie zerowym.

Przy czym warto zauważyć, że rezystancja ciała między zawilgoconą ręką a zawilgoconymi stopami wynosi około 2000 Ω - 2500 Ω , a jeśli praca przebiega w pomieszczeniach mokrych i gorących może się zmniejszyć nawet do 1000 Ω. Rezystancja naskórka w stanie suchym przekracza 100 kΩ, jednak w razie zawilgocenia znacznie maleje. Widać tutaj, że różnica oporu jest znaczna w zależności od naszych cech fizycznych dlatego np. kobiety i dzieci są osobami bardziej narażeni na porażenia niż mężczyźni ( przede wszystkim pracownicy fizyczni o twardym, zrogowaciałym i suchym naskórku ).

Dodatkowe środki ochrony przeciwporażeniowej.

Możliwość niebezpiecznego porażenia prądem elektrycznym występuje we wszystkich urządzeniach elektrycznych, których napięcie robocze lub dotykowe przekracza wartość napięcia bezpiecznego. Napięcie dotykowe jest to napięcie, które występuje w warunkach normalnych lub może pojawić się w warunkach zakłóceniowych między dwoma częściami jednocześnie dostępnymi nie należącymi do obwodu elektrycznego. Napięcia te uważa się za bezpieczne jeśli nie przekraczają wartości 25V dla prądu przemiennego i 60V dla prądu stałego, przy uwzględnieniu gorszych warunków środowiskowych ( rezystancja ciała ludzkiego w stosunku do ziemi wynosi mnie niż 1000 Ω ).W przypadku zaistnienia szczególnie złych warunków środowiska ( np. praca w wodzie ) należy przyjmować wartości jeszcze mniejsze ustalone w drodze indywidualnej analizy.

Jednak na co dzień mamy do czynienia z napięciem znacznie wyższym niż omawiane powyżej. Wymaga to zastosowania odpowiednich zabezpieczeń, i tak w urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu znamionowym nie wyższym niż 1 kV należy je zapewnić poprzez:

• zastosowanie napięć bezpiecznych,

• ochrony przeciwporażeniowej podstawowej oraz co najmniej jednego z następujących środków ochrony dodatkowej :

1. zerowania ochronnego,

2. uziemienia ochronnego,

3. sieci ochronnej,

4. wyłączników przeciwporażeniowych różnicowo - prądowych,

5. separacji odbiornika,

6. izolacji stanowiska,

7. izolacji ochronnej.

Ochrona przeciwporażeniowa podstawowa - ( ochrona przed dotykiem bezpośrednim ) - polega na niwelowaniu możliwości dotknięcia przez człowieka elementów bezpośrednio związanych z przepływem prądu elektrycznego ( elementów czynnych ). Ochrona ta jest realizowana przez :

• izolowanie części czynnych - zastosowanie izolacji ( najczęściej z tworzyw sztucznych ) ograniczających do minimum możliwość porażenia prądem elektrycznym, stosuje się do fabrycznie produkowanych urządzeń,

• stosowanie obudów i osłon - wszystkie części czynne urządzenia są umieszczone wewnątrz obudowy lub tak osłonięte, że niemożliwe jest ich dotknięcie,

• stosowanie ogrodzeń lub zamknięć w pomieszczeniu - polega na umieszczeniu części czynnych w sposób czyniący je niedostępnymi dla osób postronnych,

• stosowanie przeszkód i barier - jest ochroną przed niezamierzonym dotknięciem części czynnych,

• umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki - polega na umieszczeniu części czynnych w sposób czyniący je niedostępnymi z danego stanowiska.

Ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa - stanowi ochronę zapobiegającą niebezpiecznym skutkom dotknięcia części przewodzących dostępnych w razie pojawienia się na nich napięcia w warunkach zakłóceniowych ( Najskuteczniejszym zabezpieczeniem przed porażeniem jest przystosowanie urządzeń elektrycznych do zasilania z bezpiecznych źródeł o napięciu roboczym nie przekraczającym napięcia bezpiecznego). Poza tym stosuje się także :

• wyłączniki przeciwporażeniowe - są to łączniki samoczynnie odłączające urządzenia elektryczne w razie utrzymania się niebezpiecznego napięcia na częściach metalowych nie będących zwykle pod napięciem względem ziemi. W zależności od zasady działania wyróżniamy wyłączniki przeciwporażeniowe napięciowe i różnicowo - prądowe. Wyłączniki te w warunkach zakłóceniowych powinny odłączyć zasilanie w czasie np. dla napięcia 235 V - 0,2 s przy gorszych warunkach środowiskowych ( rezystancja ciała < 1000 Ω ).

• izolację stanowiska - polega na izolowaniu stanowiska od ziemi i wyrównaniu potencjałów części przewodzących obcych, dostępnych z tego stanowiska. Izolacja stanowiska jest traktowana jako środek zastępczy wtedy, gdy zastosowanie innego środka nastręcza nadmierne trudności.

• separacji odbiornika - polega na zasilaniu odbiornika z transformatora lub przetwornicy separacyjnej, może być stosowana w sieciach na napięcie znamionowe nie przekraczające 500 V dla prądu zmiennego i 750 V dla stałego. Sposób ten jest zalecany w przypadkach zasilania odbiorników ruchomych i ręcznych o dużej mocy np. na placach budowy.

• stosowanie sieci ochronnej - to środek ochrony polegający na połączeniu wszystkich metalowych części urządzeń elektrycznych, i nie tylko urządzeń, z uziemioną siecią przewodów uziemiających i wyrównawczych w całym obiekcie zasilanym z tego samego źródła energii. Środek ten stosuje się głównie w sieciach pracujących z izolowanym punktem zerowym a także w układach sieciowych mających punkt neutralny bezpośrednio uziemiony, w którym wszystkie części czynne są izolowane do ziemi, a części przewodzące dostępne odbiorników połączone przewodami ochronnymi z uziomem (uziomami) niezależnymi od uziomu roboczego.

Jednak najczęściej stosowanymi środkami ochrony dodatkowej jest zerowanie i uziemienie ochronne. Jak wynika z doświadczeń eksploatacyjnych prawdopodobieństwo porażenia elektrycznego w obu tych metodach jest właściwie takie samo, a ich skuteczność zależy od wielu czynników np. w uziemieniu jest problem z wykorzystaniem uziomów naturalnych i odpowiednio małej rezystancji uziemienia należy ze względów ekonomicznych zastosować wtedy zerowanie.

Uziemienie ochronne - jest to celowo wykonane połączenie elektryczne jakiejkolwiek części urządzenia z przewodnikiem metalowym znajdującym się w ziemi ( uziomem ). Uziomy dzielimy na naturalne ( rury wodociągowe, metalowe części konstrukcji mające styczność z ziemią itp. ) oraz sztuczne ( ułożone w ziemi kształtowniki, pręty, druty lub taśmy). Układając w ziemi uziom sztuczny należy wziąć pod uwagę zmianę jego wymiarów na skutek korozji. Uziomy sztuczne pionowe należy zagłębić na głębokość większą niż 2,5 m, a poziome powinny być ułożone na głębokości nie mniejszej niż 0,6 m w gruncie bez kamieni, żwiru i gruzu. Należy unikać układania uziomów pod warstwą nie przepuszczającą wody ( np. asfalt lub beton ). Uziemienie powinno być tak dobrane aby powodowało w razie zwarcia samoczynne odłączenie w czasie nie dłuższym niż 5 sekund. Dla kilku silników zainstalowanych w danym pomieszczeniu lub budynku można wykonać jedno wspólne uziemienie dostosowując je do wymagań odpowiadających silnikowi o największej mocy.

ZEROWANIE OCHRONNE ( temat seminarium)

Aby uziemienie ochronne dawało pożądany efekt rezystancja tego uziemienia musi spełniać warunek :

R_z <

gdzie:

U_L - napięcie bezpieczne [V]

R_z - rezystancja uziemienia [Ω]

I_w - prąd zwarciowy [A]

Spełnienie tego warunku jest niekiedy bardzo kłopotliwe, gdyż wymaga stosowania uziomów o bardzo małej rezystancji uziemienia. Przy stosunkowo niewielkiej mocy silnika wymagana jest mała wartość R_z. Wynika to bowiem z prądu znamionowego silnika i zastosowanej w związku z tym wkładki bezpiecznikowej na dość dużą wartość prądu znamionowego I_bn. Dla przykładu : silnik o mocy 12,5 kW, sprawności η = 0,87 i współczynniku mocy cosϕ = 0,86 zasilanego napięciem 380/220 V prąd znamionowy :

I_n =
=
= 25,3 A

Stąd wkładka jaką należy zastosować ma prąd znamionowy I_bn = 35 A. Wartość rezystancji uziemienia R_z powinna wynosić :

R_z <
gdzie I_w = k*I_bn k - współczynnik tabelaryczny

R_z <
= 0,29 Ω

Wykonanie takiego uziemienia byłoby bardzo kosztowne, dlatego chętnie korzysta się z zerowania jako dodatkowego środka ochrony.

Zerowanie ochronne - polega na połączeniu części przewodzących dostępnych z uziemionym przewodem ochronnym lub przewodem ochronno - neutralnym i powoduje w warunkach zakłóceniowych samoczynne odłączenie zasilania.

Zerowanie ochronne może być stosowane w urządzeniach prądu przemiennego o napięciu nie przekraczającym 500V i o układzie sieciowym mającym punkt neutralny pośrednio uziemiony oraz także zaleca się je stosować w trójfazowych sieciach czteroprzewodowych, o napięciu nie przekraczającym 380V, pracujących z bezpośrednio uziemionym punktem zerowym.

Zasada zerowania przedstawiona została na rysunku:

W wyniku przebicia do obudowy zerowanego silnika przedostaje się prąd. Obwód prądu zamyka się przez przewód fazowy, ochronno - neutralny i uzwojenie transformatora powodując przepalenie się bezpiecznika w uszkodzonej fazie i w rezultacie odłączenie ( przez łącznik samoczynny silnika ) od sieci.

Aby zerowanie było skuteczne, muszą być spełnione następujące warunki :

• charakterystyka urządzenia odłączającego napięcie i przewodów powinna być taka, aby prąd zwarciowy I_z spowodował dostatecznie szybkie zadziałanie zabezpieczenia uszkodzonego odbiornika,

• przewód ochronno - neutralny (zerowy) powinien być wielokrotnie uziemiony zgodnie z przepisami,

• przewody : ochronny (zerujący) i ochronno - neutralny (zerowy) powinny być dostatecznie wytrzymałe mechanicznie i cieplnie oraz prowadzone tak samo starannie, jak przewody fazowe,

• w przewodzie zerowym, neutralnym oraz ochronno - neutralnym nie wolno umieszczać bezpiecznika lub jednobiegunowego łącznika. Ciągłość tycz przewodów jest podstawowym warunkiem skuteczności zerowania.

Dopuszcza się czas odłączenia napięcia dłuższy od podanego w poniższej tabeli ale nie przekraczający 5 s.

Aby zasilanie zostało odpowiednio szybko odłączone spełniony musi być warunek :

Z_s*I_w < U_o

gdzie:

Z_s - impedancja pętli zwarciowej [Ω]

I_w - wartość prądu zapewniająca samoczynne zadziałanie urządzenia odłączającego w wymaganym czasie [A]

U_o - napięcie pomiędzy przewodem skrajnym a ziemią [V]

Impedancja powinna być określona za pomocą pomiarów lub obliczona.

Aby nastąpiło odłączenie zasilania w czasie nie przekraczającym 5s wartość prądu I_z powinna spełniać warunek :

I_z >k*I_bn ,

wartość prądu znamionowego urządzenia odłączającego oraz współczynnika k dobiera się z tabeli przedstawionej poniżej :

Sprawdzenie skuteczności zerowania (obliczeniowe) polega na obliczeniu prądu podczas sztucznego zwarcia i porównaniu go z prądem I_w powodującym dostatecznie szybkie zadziałanie zabezpieczenia.

Ważnym przy tym temacie elementem jest też poprawne podłączenie odbiorników przy pomocy gniazd wtykowych, których niepoprawne połączenie może spowodować nieszczęśliwy wypadek. Na rysunku poniżej przedstawiono przykłady nieprawidłowego i prawidłowych podłączeń odbiorników:

Eksploatacja dodatkowych środków ochrony przeciwporażeniowej

Urządzenia przeciwporażeniowe ulegają zużyciu podczas eksploatacji. Ich stan powinien więc być kontrolowany a wszelkie usterki naprawione. Jest to bardzo ważne, gdyż od tego zależy bezpieczeństwo pracy a związane jest to z bezpośrednim zagrożeniem życia. Wszystkie warunki dotyczące kontroli określają odpowiednie przepisy. ( Należy je kontrolować co najmniej raz w ciągu trzech lat i po każdej naprawie lub przebudowie instalacji).

Instalację ochronną - poddaje się oględzinom zewnętrznym oraz próbom napięciowym za pomocą induktora.

Urządzenia uziemiające - bada się wartość rezystancji uziemienia uziomu i rezystancji przewodów uziemiających.

Zerowanie ochronne - polega na określeniu spodziewanego prądu zwarcia I_zw i porównaniu go z prądem wyłączalnym I_w wynikającym z prądu znamionowego zabezpieczenia.

Stan izolacji sieci - kontrola względem przewodu ochronnego; pomiar napięć trzech faz względem uziemionego przewodu ochronnego za pomocą trzech woltomierzy.

Seminarium z instalacji elektrycznych

1

---