Stan ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych w budynkach mieszkaniowych wielorodzinnych.

dr inż. Marcin A. Sulkowski - Politechnika Białostocka, elektro.info 6/2008

Mieszkania eksploatowane w budynkach wielorodzinnych stanowią w Polsce kilkadziesiąt procent ogólnych zasobów mieszkaniowych, przy czym znaczna część z nich (około 3 mln mieszkań) została wybudowana w latach 70. oraz 80. ubiegłego wieku. Okres eksploatacji tych budynków wynosi już około 30 lat i coraz częściej mówi się o potrzebie prowadzenia w nich prac modernizacyjnych, obejmujących również modernizację instalacji elektrycznych.

Dotychczas prowadzone prace modernizacyjne w zakresie instalacji elektrycznych prowadzone są wyłącznie przez osoby eksploatujące lokale mieszkalne i są one z reguły przeprowadzane przy okazji innych prac remontowych w mieszkaniach. Powoduje to, że są wykonywane bardzo często przez osoby nieposiadające odpowiednich kwalifikacji, a ocena stanu technicznego instalacji elektrycznej po przeprowadzonych pracach modernizacyjnych prowadzona jest przy okazji badań okresowych.

Strona prawna badań okresowych instalacji elektrycznych

Budowa instalacji elektrycznej (w budynkach objętych badaniami) oraz kryteria jej odbioru i warunki eksploatacji podlegały aktom prawnym, obowiązującym w momencie realizacji obiektu. Powstaje więc pytanie: według jakich aktów prawnych należy badać i oceniać prawidłowość eksploatacji instalacji elektrycznych „starych” budynków mieszkalnych? Istotna jest tutaj również częstość wykonywania badań eksploatacyjnych.

Problem wynika z faktu, że akty prawne stosowane wówczas, gdy obiekt był realizowany, obecnie nie obowiązują. Wyborem aktów prawnych przy ocenie starych instalacji jest przyjęcie założenia, że instalacje powinny odpowiadać wymaganiom takich przepisów i norm, jakie obowiązywały wówczas, gdy instalacja była przyjmowana do eksploatacji. Oznacza to, że takie instalacje należy eksploatować oraz badać, opierając się na przepisach, jakie obowiązywały w czasie ich budowy. Od zasady tej należy odstąpić wówczas, gdy instalacja została przebudowana lub zmodernizowana. Podlega ona wtedy takim wymaganiom, jakie obowiązywały w okresie wymienionych działań.

W zakresie częstości wykonywania badań należy kierować się obecnie obowiązującymi wymaganiami. To zagadnienie jest uregulowane ustawą Prawo budowlane, w której art. 62, ust. 1, pkt 2 stanowi: „Obiekty budowlane powinny być w czasie ich użytkowania poddane przez właściciela lub zarządcę okresowej kontroli, co najmniej raz na 5 lat, polegającej na sprawdzeniu stanu sprawności technicznej i wartości użytkowej całego obiektu budowlanego, estetyki obiektu oraz jego otoczenia; kontrolą tą powinno być objęte również badanie instalacji elektrycznej i piorunochronnej w zakresie stanu sprawności połączeń, osprzętu, zabezpieczeń i środków ochrony przed porażenieniami, oporności izolacji przewodów oraz uziemień instalacji i aparatów”. Szczegółowy zakres prowadzonych badań instalacji elektrycznych pozwala określić wprowadzona w ubiegłym roku norma PN-HD 60364-6:2007 (U).

Zmiany następujące w eksploatowanych instalacjach elektrycznych

Podstawą oceny stanu ochrony przeciwporażeniowej oraz zmian w stanie eksploatowanych instalacji elektrycznych są wyniki kolejnych 2 badań okresowych przeprowadzonych w tych samych zasobach mieszkaniowych w odstępstwie 5 lat (2001 i 2006 r.). Badania obejmowały pomiary skuteczności ochrony przeciwporażeniowej, ze szczególnym zwróceniem uwagi na stosowane w instalacjach elektrycznych zabezpieczenia oraz stan osprzętu elektrycznego (gniazda wtyczkowe, obudowy tablic bezpiecznikowych itp.). Pomiary zostały przeprowadzone w 1783 mieszkaniach, zlokalizowanych w 12 budynkach wielokondygnacyjnych (11 kondygnacji) wybudowanych metodą wielkopłytową w latach 1974 - 1985.

W przypadku tych budynków instalacje zostały wykonane w układzie TN-C przewodami miedzianymi. Gniazda wtyczkowe ze stykiem ochronnym znajdują się w kuchni i łazience. W obwodach odbiorczych stosowane są następujące zabezpieczenia: bezpieczniki o wkładkach topikowych BiWts, wyłączniki instalacyjne wkrętkowe o charakterystyce typu L, wyłączniki instalacyjne płaskie oraz bezpieczniki „drutowane” (rys. 1.).

Rys. 1. Zmiany udziału poszczególnych rodzajów zabezpieczeń w obiektach objętych badaniami: a) budynki wybudowane w latach 1974 - 1978, b) budynki wybudowane w latach 1983 - 1985

Biorąc pod uwagę wszystkie rodzaje zabezpieczeń, około 70 % stanowią zabezpieczenia mające charakterystykę czasowo-prądową dwuczęściową - dla wyzwalacza cieplnego i wyzwalacza elektromagnetycznego. Dotyczy to wyłączników instalacyjnych płaskich oraz wyłączników wkrętkowych. Jednak największy udział w ogólnej liczbie zabezpieczeń wśród stosowanych urządzeń ochronnych przetężeniowych mają wyłączniki instalacyjne wkrętkowe. Wynika to z łatwości wymiany bezpiecznika instalacyjnego na nadmiarowy wyłącznik instalacyjny wkrętkowy. Takie działania są często stosowane przez lokatorów mieszkań z uwagi na łatwą obsługę tych zabezpieczeń. Jednak udział ten stale zmniejsza się na korzyść nowoczesnych wyłączników instalacyjnych płaskich. Zmiany te są szczególnie widoczne w przypadku budynków starszych, wybudowanych w latach 1974 - 1978, w których coraz częściej prowadzone są prace modernizacyjne, obejmujące także modernizację instalacji elektrycznych. W budynkach tych, w ciągu 5 lat pomiędzy kolejnymi badaniami okresowymi udział wyłączników instalacyjnych płaskich podwoił się i stanowi blisko 33 % zastosowanych w instalacjach zabezpieczeń. W przypadku budynków wybudowanych w latach 1983 - 1985 wzrost ten jest niewielki (zaledwie o 4 % w ogólnej liczbie zabezpieczeń) i udział tych zabezpieczeń jest zbliżony do wartości, jakie charakteryzowały starsze budynki (1974 - 1978) podczas badań w 2001 roku.

Niepokojący jest fakt braku wśród modernizowanych instalacji elektrycznych tych wykonanych w układzie sieciowym TN-S, umożliwiającym stosowanie wyłączników różnicowoprądowych. Wśród wszystkich mieszkań objętych badaniami, jedynie w trzech przypadkach podczas modernizacji instalacji elektrycznej zdecydowano, aby zastosować sieć TN-S, przy czym została ona zastosowana jedynie do obwodów zasilających gniazda wtyczkowe w łazience oraz kuchni. Świadczy to o tym, że modernizacje instalacji elektrycznych ograniczają się głównie do wymiany osprzętu elektrycznego (zabezpieczenia, gniazda wtyczkowe, łączniki), przy pozostawieniu dotychczasowego oprzewodowania. W przypadku instalacji elektrycznych wykonanych przewodami miedzianymi, modernizacje wykonywane w ten sposób nie niosą za sobą większego zagrożenia, ponieważ miedź jako metal, nawet po kilkudziesięciu latach eksploatacji zachowuje swoje pierwotne właściwości mechaniczne, jednak w przypadku instalacji elektrycznych wykonanych przewodami aluminiowymi modernizacje wykonywane w podanym zakresie mogą być niewystarczające.

Zadowalający jest fakt znacznie zmniejszającego się udziału bezpieczników „drutowanych” w budynkach objętych badaniami. Przy takim „zabezpieczeniu”, zakłada się brak skuteczności ochrony przeciwporażeniowej. Użytkownik instalacji elektrycznej w przypadku wystąpienia uszkodzenia ochrony przeciwporażeniowej podstawowej (ochrony przed dotykiem bezpośrednim) może tylko „liczyć” na skuteczność zabezpieczenia przedlicznikowego, do którego „naprawiacz” odpowiedzialny za „zadrutowanie” wkładki bezpiecznikowej nie ma (nie powinien mieć) dostępu. Z reguły, jako zabezpieczenie przedlicznikowe stosuje się wkładki bezpiecznikowe o prądzie znamionowym 25 A. Takie zabezpieczenie spełnia warunek skuteczności ochrony przeciwporażeniowej przy spotykanych w instalacjach u odbiorców miejskich impedancjach pętli zwarciowych (tab. 1. i 2.).

Tab. 1. Wartości statystyki dla pomiarów przeprowadzonych w 2001 i 2006 r.

Tab. 2. Wartości statystyki dla obiektów wybudowanych w latach 70. i 80.

Cechą charakterystyczną instalacji elektrycznych eksploatowanych w budownictwie wielorodzinnym, oprócz różnorodności stosowanych zabezpieczeń, jest także różnorodność ich prądów znamionowych. Wyposażenie starych instalacji w bezpieczniki topikowe umożliwia użytkownikowi stosowanie wkładek bezpiecznikowych o różnych prądach znamionowych (praktycznie od 6 do 25 A). Podobnie wygląda sytuacja w przypadku stosowania wyłączników instalacyjnych wkrętkowych, których wymiana nie stanowi problemu. Natomiast stosowanie w instalacjach elektrycznych wyłączników instalacyjnych płaskich znacznie utrudnia użytkownikowi ich swobodną wymianę. Z reguły raz zastosowany wyłącznik instalacyjny płaski pozostaje w instalacji do momentu jego uszkodzenia lub kolejnej modernizacji instalacji elektrycznej. Na rysunku 2. przedstawiono strukturę wartości prądów znamionowych stosowanych w instalacjach elektrycznych zabezpieczeń przetężeniowych.

Rys. 2. Zmiany udziału poszczególnych wartości prądów znamionowych stosowanych w instalacjach elektrycznych zabezpieczeń ochronnych przetężeniowych, w zależności od roku prowadzenia badań

Struktura wartości prądów znamionowych zabezpieczeń stosowanych w instalacjach elektrycznych jest w przypadku lat 2001 i 2006 bardzo do siebie zbliżona. Dla bezpieczników topikowych oraz wyłączników instalacyjnych płaskich udział poszczególnych wartości znamionowych prądów jest prawie taki sam, niewielki wzrost, kosztem pozostałych zabezpieczeń, następuje tylko w grupie zabezpieczeń o prądzie znamionowym I_n=20 A, których udział wzrósł w 2006 roku do 20 %. Nadal w obu grupach tych zabezpieczeń dominują zabezpieczenia o prądzie znamionowym I_n=16 A i stanowią one dla bezpieczników topikowych blisko 67 % wszystkich zabezpieczeń, natomiast dla wyłączników instalacyjnych płaskich około 76 % stosowanych urządzeń ochronnych. Zadowalający jest zmniejszający się udział dla obu tych grup urządzeń ochronnych zabezpieczeń, o prądzie znamionowym I_n=25 A.

W przypadku stosowanych w instalacjach elektrycznych wyłączników instalacyjnych wkrętkowych znacznie zwiększył się udział zabezpieczeń o prądzie znamionowym I_n=10 A, które obecne stanowią 56 % stosowanych urządzeń ochronnych (w 2001 r. - 45,1 %). Udział zabezpieczeń o prądzie znamionowym I_n=20 A i 25 A nie uległ większym zmianom.

Znaczącym aspektem wynikającym ze struktury prądowej zabezpieczeń przetężeniowych stosowanych w instalacjach jest prawidłowa współpraca zabezpieczeń zalicznikowych z zabezpieczeniem przedlicznikowym, którym w przypadku obiektów objętych badaniami był bezpiecznik instalacyjny o prądzie I_n=25 A. Współpraca ta polega na zapewnieniu selektywnej pracy tych urządzeń.

Analiza skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w mieszkaniach objętych badaniami

W ramach prowadzonych badań zbadano skuteczność ochrony przeciwporażeniowej względem styku ochronnego gniazd wtyczkowych zainstalowanych w kuchniach i łazienkach. Pomiarami impedancji pętli zwarciowej objęto ok. 8200 gniazd w kuchniach oraz ok. 3200 gniazd w łazienkach.

Na rysunku 3. przedstawiono wyniki pomiarów impedancji pętli zwarciowej w obwodach mieszkań, przy czym do analizy przyjęto jedną, maksymalną wartość impedancji pętli zwarciowej, jaką uzyskano z pomiarów w danym mieszkaniu. Każde mieszkanie reprezentowane było przez jedną wartość impedancji pętli zwarciowej.

Rys. 3. Rozkład wartości impedancji pętli zwarciowej w obwodach mieszkań, otrzymanych w wyniku pomiarów (do obliczeń wzięto najwyższą, zmierzoną wartość impedancji pętli zwarciowej badanych obwodów mieszkania)

Rys. 4. Rozkład wartości impedancji pętli zwarciowej w obwodach mieszkań, otrzymanych w wyniku pomiarów (do obliczeń wzięto najwyższą, zmierzoną wartość impedancji pętli zwarciowej badanych obwodów mieszkania)

Rozkład impedancji pętli zwarciowej zarówno dla badań przeprowadzonych w 2001 i 2006 roku, podlega rozkładowi typu lognormalnego LNOR (m, σ), o parametrach:

• m=-0,148, σ=0,288 - pomiary 2001 r.,

• m=-0,194, σ=0,257 - pomiary 2006 r.

Podstawowe wartości statystyki dla obu pomiarów przedstawiono w tabeli 1.

Z badań wynika, że w okresie 5 lat pomiędzy pomiarami mógł nastąpić niewielki wzrost wartości charakterystycznych statystyki dla obu grup pomiarów. Różnice pomiędzy obiema grupami wyników są jednak na tyle nieduże, że mogą wynikać z błędu systematycznego, jaki wprowadzały mierniki, którymi prowadzone były przedmiotowe pomiary. Pomimo to można stwierdzić, że w przypadku instalacji elektrycznych objętych pomiarami, w około 75 % mieszkań maksymalna wartość impedancji pętli zwarciowej w obwodach instalacji nie przekracza Z_s=1 Ω, a maksymalna impedancja pętli zwarciowej powyżej Z_s>2 Ω występowała tylko w 0,36 % objętych badaniami mieszkań. Niska wartość impedancji pętli zwarciowej jest wynikiem usytuowania stacji transformatorowo- rozdzielczych SN/nn (zasilających badane budynki) na terenie osiedla, na którym rozmieszczone są przedmiotowe obiekty. Niewielka jest więc odległość (w sensie elektrycznym) od transformatora do badanego gniazda wtyczkowego.

Inaczej wyglądają rozkłady wartości impedancji pętli zwarciowej, jeżeli weźmie się pod uwagę pomiary impedancji pętli zwarciowej we wszystkich gniazdach wtyczkowych. Wyznaczono je oddzielnie dla obiektów wybudowanych w latach 70. oraz 80., przy czym przedstawione charakterystyki dotyczą wyłącznie pomiarów wykonanych w 2006 roku.

Podobnie jak dla wartości maksymalnych impedancji pętli zwarciowej, rozkłady aproksymowano rozkładem lognormalnym LNOR (m, σ), o następujących parametrach:

• m=-0,309, σ=0,3 - obiekty wybudowane w latach 70.,

• m=-0,51, σ=0,262 - obiekty wybudowane w latach 80.

Natomiast podstawowe wartości statystyki przedstawiono w tabeli 2.

Wynika z nich, że rozkłady wartości impedancji pętli zwarciowej różnią się zasadniczo w zależności od wieku budynku. Różnica pomiędzy wartościami średnimi dla obu grup budynków, wynosząca ΔZ=0,15 Ω, wynika raczej z degradacji parametrów styków w instalacjach elektrycznych, a nie jest spowodowana błędami wprowadzanymi przez mierniki. O postępującej degradacji może świadczyć także miara rozproszenia zmiennej losowej wokół wartości średniej. Odchylenie standardowe dla budynków powstałych w latach 70. jest o 50 % większe niż dla budynków powstałych w latach 80.

Jednak biorąc pod uwagę wartości impedancji Z_s otrzymane z pomiarów oraz najwyższe dopuszczalne wartości tej impedancji dla stosowanych w instalacjach zabezpieczeń, można stwierdzić, że przy poprawnym wykonaniu całej instalacji wszystkie gniazda będą skutecznie zerowane (określenie „zerowane” było stosowane w latach budowy przedmiotowych budynków). W przypadku niezadziałania zabezpieczenia zalicznikowego (np. wskutek zadrutowania wkładki bezpiecznikowej lub jej zbyt dużego prądu znamionowego), można liczyć na zadziałanie zabezpieczenia przedlicznikowego. Jednak skuteczna ochrona przeciwporażeniowa (czas zadziałania zabezpieczenia t≤0,4 s) w takim przypadku będzie zapewniona dla obwodów, w których wartość impedancji pętli zwarciowej nie przekroczy wartości Z_s≤1Ω, co jest zapewnione dla ok. 90 % gniazd wtyczkowych objętych badaniami.

Poważnym zagrożeniem występującym w instalacjach elektrycznych objętych badaniami jest brak zerowania styków ochronnych gniazd wtyczkowych. Przyczyny są różne: „modernizacja” instalacji we własnym zakresie, stosowanie starych przedłużaczy z płaskimi wtyczkami (wtyczki bez styku ochronnego) w celu zwiększenia liczby gniazd (szczególnie w kuchniach) i częściowo zniszczone gniazda. W danym mieszkaniu liczba gniazd wtyczkowych, w których stwierdzono „brak zerowania”, była różna. Stwierdzono również przypadki, w których wszystkie gniazda w kuchni lub łazience nie były zerowane. Dane dotyczące udziału gniazd wtyczkowych bez zerowanego styku ochronnego przedstawiono na rysunku 5.

Rys. 5. Procentowy udział gniazd wtyczkowych bez zerowanego styku ochronnego

Pozytywnym zjawiskiem jest stale zmniejszający się udział zarówno w pomieszczeniach kuchennych, jak i łazienkach gniazd wtyczkowych bez „sprawnego” zerowania. Spadek liczby tych gniazd wtyczkowych o blisko 40 % w okresie 5 lat pomiędzy kolejnymi badaniami okresowymi to bardzo dobry wynik, świadczący o wzroście świadomości użytkowników na temat zagrożeń, jakie wynikają z eksploatacji niesprawnych instalacji elektrycznych. O poprawie ich stanu technicznego może także świadczyć prawie trzykrotne zmniejszenie się liczby gniazd wtyczkowych, w których na styku ochronnym znajdowało się napięcie fazowe. W mieszkaniach objętych badaniami w 2001 roku stwierdzono obecność napięcia fazowego na styku ochronnym w 62 gniazdach wtyczkowych, kiedy już podczas badań przeprowadzonych w 2006 roku uszkodzenie to stwierdzono jedynie w przypadku 21 gniazd wtyczkowych.

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy wyników można sformułować następujące wnioski:

• - w ciągu ostatnich 5 lat nastąpiła poprawa stanu technicznego instalacji elektrycznych eksploatowanych w budynkach wielorodzinnych,

• - instalacje elektryczne po ich modernizacji powinny być poddawane badaniom odbiorczym i ocenione według obecnie obowiązujących aktów prawnych,

• - konieczne jest opracowanie ogólnych wytycznych dotyczących prac modernizacyjnych w zakresie instalacji elektrycznych, wykonywanych przez użytkowników lokali mieszkalnych. Dokumentację taką należałoby wykonać na poziomie administracji obiektów budowlanych,

• - celowe byłoby wprowadzenie, na wzór rozwiązań w wielu krajach zachodnioeuropejskich, świadectw kwalifikacyjnych instalacji elektrycznych, niezbędnych np. przy sprzedaży lokali mieszkalnych,

• - instalacje elektryczne budynków mieszkalnych wymagają okresowych badań. Celowym byłoby zwiększyć częstość wykonywania badań (np. okres między badaniami nie dłuższy niż 4 lata) w przypadku instalacji wykonanej przewodami o żyłach aluminiowych.

***

Zrealizowano w ramach pracy statutowej S/WE/4/03.

Literatura

1. L. Danielski, S. Osiński, Zakres i metody wykonywania badań odbiorczych i eksploatacyjnych instalacji elektrycznych niskiego napięcia, Biuletyn SEP „Informacje o Normach i Przepisach Elektrycznych”, nr 37.

2. H. De Keulenauer, R. Targosz, Badanie bezpieczeństwa instalacji elektrycznych mieszkaniowych w Polsce, „Spektrum” nr 1 - 2/2002.

3. B. Lejdy, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych, wyd. 2, WNT, Warszawa 2005.

4. B. Lejdy, M. Sulkowski, Ochrona przeciwporażeniowa w instalacjach elektrycznych budynków mieszkalnych wielorodzinnych, „Jakość i Użytkowanie Energii Elektrycznej”, t. 8, z. 1 - 2/2002.

5. B. Lejdy B., M. Sulkowski, Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych - stan ochrony przeciwporażeniowej oraz kierunki zmian modernizacyjnych, XVI Konferencja Naukowo-Techniczna „Bezpieczeństwo Elektryczne - ELSAF 2007”, Szklarska Poręba 2007.

6. PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Norma wieloarkuszowa.

7. Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki oraz Ministra Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych z dnia 31 grudnia 1968 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinna odpowiadać ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu do 1 kV. Dziennik Budownictwa z 1969 r., nr 4.

8

---