14

I P 9/2005

Przy przerywaniu obwodów elektrycz-

nych, w których płynie prąd, występują wy-
ładowania elektryczne między rozdzielają-
cymi się stykami, wówczas gdy prąd wyłą-
czeniowy i napięcia przekraczają pewne
określone wartości graniczne, zależne
od materiałów styków (tabl. 1). Podczas
przerywania o niewielkiej wartości prądu,
lecz znacznym napięciu, może wystąpić
tzw. wyładowanie świetlące (iskrowe), cha-
rakteryzujące się niską temperaturą gazu
i styków [3], [6].

Wyładowanie łukowe powstaje również

na skutek zwarć w urządzeniach elektrycz-
nych niskiego i

wysokiego napięcia.

Oprócz zwarć łukowych występują też
zwarcia metaliczne. W praktyce, więk-
szość zwarć ma charakter łukowy. Przyczy-
ny powstawania zwarć mogą być różne.
Można je podzielić na elektryczne i nie-
elektryczne.

Do przyczyn elektrycznych zaliczane są:

●

przepięcia atmosferyczne,

●

przepięcia łączeniowe,

●

pomyłki łączeniowe,

●

długotrwałe przeciążenia ruchowe

(maszyn, kabli i przewodów izolowanych)
powodujące przegrzanie izolacji i jej prze-
bicie.

Do przyczyn nieelektrycznych zaliczane

są:

●

zawilgocenie izolacji,

●

zniszczenie izolatorów,

●

zbliżenia przewodów linii napo-

wietrznych wskutek ich kołysania wywoła-
nego wiatrem lub nagłym odpadnięciem
szadzi,

●

uszkodzenie mechaniczne (słupów,

izolatorów, przewodów, kabli) wywołane
pracami ziemnymi lub klęskami żywioło-
wymi (powódź, pożar),

●

wady fabryczne urządzeń,

●

działanie zwierząt (duże ptaki lub

gryzonie) bądź ludzi (celowe zarzucanie
drutów zwierających przewody linii napo-
wietrznych, niszczenie izolatorów, uszka-
dzanie kabli w celu pozyskania metali ko-
lorowych),

●

niewłaściwe obchodzenie się z urzą-

dzeniami elektrycznymi [3].

Po zapłonie, łuk wytwarza ciśnieniową

falę uderzeniową, która jest wywołana
gwałtownym nagrzaniem powietrza
wzdłuż osi łuku. O właściwościach nisz-
czących tej fali świadczy wielkość wytwa-
rzanego przez nią ciśnienia. Łuk genero-
wany podczas zwarć w urządzeniach o na-
pięciu od 15 kV do 30 kV wytwarza falę
ciśnieniową, która w odległości 1 m
od osi tego łuku działa z siłą ok. 30 000 N
na każdy metr kwadratowy powierzchni.
W tym przypadku źródłem urazów jest fa-
la ciśnieniowa lub odłamki urządzeń
zniszczonych tą falą. Jednak najczęściej
występującym urazem są oparzenia wy-
wołane wysoką temperaturą łuku, która

wynika stąd, że energia pobrana przez
elektrony przechodzące w polu elektrycz-
nym przekształca się w energię kinetycz-
ną elektronów, które przy zderzeniach
sprężystych z cząsteczkami obojętnymi
i jonami dodatnimi oddają im część swej
energii. W zależności od warunków chło-
dzenia, temperatura łuku może wynosić

od 6 000 K do 20 000 K, a natężenie po-
la elektrycznego – do 200 V/cm.

Energia termiczna wypromieniowana

przez łuk wywołuje – w zależności od jej
gęstości – oparzenia o różnym stopniu
ciężkości. Gęstość energii wynosząca 10
J/cm2 powoduje oparzenia pierwszego
stopnia, 20 J/cm2 – drugiego stopnia, 40
J/cm2 – trzeciego stopnia. Energia ter-
miczna łuku elektrycznego uszkadza naj-
częściej odsłonięte części ciała lub słabiej
chronione przez odzież. Podczas wypadku
najczęściej występuje oparzenie nie jed-
nej, lecz kilku części ciała jednocześnie.

Łuk elektryczny jest również niebez-

pieczny dla oczu – generuje bowiem pro-
mieniowanie podczerwone oraz promie-
niowanie nadfioletowe – szkodliwe jest
również ze względu na oddziaływanie ter-
miczno-mechaniczne. Jeżeli oczy nie są
chronione, promieniowanie podczerwone
(780¸4000 nm) dociera aż do siatkówki,
powodując ogrzanie płynu soczewkowego,
który zawiera różne postacie białek. W nie-
korzystnej sytuacji może dojść do lokal-
nych uszkodzeń siatkówki. Promieniowa-
nie nadfioletowe (200¸380 nm) może
przede wszystkim uszkodzić rogówkę, któ-
ra absorbuje ten typ promieniowania pra-
wie w całości. Promieniowanie podczerwo-
ne oraz nadfioletowe nie powoduje uszko-
dzeń skóry twarzy, a to ze względu na krót-
ki czas palenia się łuku.

Zarówno oczy, jak i twarz są poważnie

narażone na uszkodzenia wskutek oddzia-
ływania termiczno-mechanicznego. Powo-
duje je gorący strumień gazów, który uno-
si z powierzchni łuku roztopione cząstki
metali i materiałów pochodzących ze znisz-
czonych przez łuk urządzeń elektroenerge-
tycznych. Cząstki te sublimują następnie
na napotkanych przedmiotach, w tym rów-
nież na odsłoniętych częściach ciała. Każ-
da z cząstek, mimo rozgrzania do wysokiej
temperatury, ma małą pojemność cieplną
ze względu na swoją małą masę. Nie są
więc one w stanie przepalić ubrania lub
odzieży ochronnej. Dlatego metalizacji ule-
ga najczęściej skóra rąk i twarz poszkodo-
wanych, czego skutkiem są oparzenia skó-
ry gorącymi cząstkami metalu oraz napię-
cie skóry pochodzące od obecności ciał ob-
cych w naskórku. Poparzona część skóry
ma szorstką powierzchnię o zabarwieniu
żółtym, brązowym lub czarnym. Leczenie
skutków metalizacji skóry nie nastręcza
trudności, natomiast w przypadku uszko-
dzenia rogówki ocznej może dojść do utra-
ty wzroku [5].

Wnioski

Wiele czynności przy lub w pobliżu urzą-

dzeń i instalacji elektroenergetycznych wy-
konuje się w czasie normalnej pracy urzą-

Materiał

styków

Napięcie

graniczne (V)

Prąd

graniczny (A)

Platyna

17

0,9

Złoto

15

0,38

Srebro

12

0,4

Wolfram

15¸16

0,8¸1,2

Miedź

12¸13

0,4

Węgiel

18¸22

0,01¸0,02

Nikiel

14

0,4

Żelazo

13¸15

0,3¸05

Tablica 1. Minimalne wartości graniczne napięć i prądów

warunkujące powstanie wyładowania łukowego

Zagrożenie

łukiem elektrycznym

Roman Sąsiadek

dzeń, gdy pozostają one pod napięciem,
stwarza to niebezpieczeństwo niezamierzo-
nego spowodowania zwarcia. Stan taki wy-
musza ochronę przed zagrożeniem od łuku
elektrycznego poprzez budowę urządzeń
elektroenergetycznych w taki sposób, aby
podczas czynności eksploatacyjnych perso-
nel był chroniony – tak dalece, jak to jest
możliwe – przed zagrożeniem powodowa-
nym przez zwarcie łukowe [2]. Wymagane
jest bezwzględne stosowanie narzędzi izo-
lowanych oraz sprzętu manipulacyjnego
w pobliżu nieizolowanych przewodów lub
odsłoniętych elementów obwodów elek-
trycznych znajdujących się pod napięciem.
W nowobudowanych rozdzielniach należy
odchodzić od zabudowy otwartej. W przy-
padku eksploatowanych już rozdzielni ni-
skiego napięcia typu otwartego należy
zwrócić uwagę na możliwość wymiany prze-
starzałej aparatury rozdzielczej na urządze-
nia o lepszych rozwiązaniach w zakresie
możliwości wystąpienia zagrożenia łukiem
elektrycznym, np. wyłączniki stacyjne budo-
wy zwartej (kompaktowe) z hermetyzowa-
nymi komorami gaszeniowymi czy też wy-
miany bezpieczników wielkiej mocy na roz-
łączniki bezpiecznikowe.

Do nowoczesnych rozwiązań technicz-

nych w zakresie ochrony przed działaniem
łuku elektrycznego należą światłowodowe
zabezpieczenia łukoochronne. Kryterium
działania zabezpieczenia łukoochronnego
jest detekcja światła łuku przez optyczne
czujniki pomiarowe w połączeniu ze spad-
kiem napięcia na szynach zbiorczych roz-
dzielni. Impulsy wyłączenia wysyłane są
w czasie krótszym od 10 ms, co pozwala
na likwidację zwarcia w czasie nieprzekra-

czającym 60 ms (czas ten jest zależny
od czasu własnego zastosowanego wyłącz-
nika). Przy tradycyjnych nastawach zabez-
pieczeń nadprądowych czasowych zwarcie
na szynach rozdzielni SN (średniego na-
pięcia) jest wyłączane w czasie do 2,5 se-
kundy, natomiast czas wyłączenia zwarcia
na szynach rozdzielni NN (niskiego napię-
cia) może wynieść do 5 sekund. W zabez-

pieczeniach łukoochronnych czułość torów
detekcji promieniowania świetlnego dobie-
rana jest indywidualnie – w zależności
od warunków panujących na obiekcie. Za-
bezpieczenia łukoochronne umożliwiają
ochronę otwartych oraz zamkniętych roz-
dzielnic, natomiast dzięki możliwości regu-
lacji czułości można wyeliminować oddzia-
ływania zakłócające, np. błyski światła po-
chodzące z innych źródeł [7].

Bezpieczne wykonywanie czynności eks-

ploatacyjnych wymaga zrozumienia przez
pracowników treści instrukcji eksploatacji
oraz zasad organizacji pracy ze szczególnym
zwróceniem uwagi na obowiązek stosowania
właściwie dobranego sprzętu ochronnego.
Jak wynika ze statystyk częstości oparzeń
poszczególnych części ciała, najbardziej na-
rażone na działanie łuku elektrycznego są
dłonie oraz głowa. Stan taki wymusza bez-
względny obowiązek stosowania – zwłaszcza
przy pracach łączeniowych – środków ochro-
ny indywidualnej: głowy, twarzy, oczu oraz
kończyn górnych [1].

Do ochrony oczu i twarzy przed łukiem

powstającym przy zwarciu elektrycznym
stosowane są osłony twarzy. Osłony te nie
powinny mieć zewnętrznych elementów

metalowych, winny zapewniać ochronę ca-
łej twarzy. Minimalna wysokość szybek po-
winna wynosić 150 mm, a grubość – co
najmniej 1,2 mm. Dodatkowo, osłony po-
winny zapewniać ochronę przed:

●

uderzeniem o co najmniej niskiej

energii (o oznaczeniu F);

●

promieniowaniem nadfioletowym

(o oznaczeniu 2-1,2 lub 3-1,2).

Osłony twarzy zapewniają ochronę

przed porażeniem prądem o napięciu do 1
kV. Często osłony twarzy kompletowane są
z hełmami ochronnymi. Osłony chroniące
przed łukiem powstającym przy zwarciu
elektrycznym powinny być oznakowane
dodatkowo symbolem przeznaczenia „8”
informującym o ochronie przed skutkami
działania łuku elektrycznego [8].

Roman Sąsiadek

OIP Katowice

LITERATURA

1 Rozporządzenie Ministra Gospodarki

z dnia 17 września 1999 r. w sprawie bezpieczeń-
stwa i higieny pracy przy urządzeniach i instala-
cjach energetycznych (Dz. U. Nr 80, poz. 912).

2 PN-E-05115 „Instalacje elektroenergetycz-

ne o napięciu nominalnym powyżej 1 kV prądu
przemiennego”.

3 Henryk Markiewicz, Bezpieczeństwo

w elektroenergetyce. Wydawnictwa Naukowo-
-Techniczne, Warszawa, 1999 r.

4 Piotr Kacejko, Jan Machowski, Zwarcia

w systemach elektroenergetycznych. Wydawnic-
twa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2002 r.

5 Praca zbiorowa. Porażenia i oparzenia prą-

dem i łukiem elektrycznym. Etiologia i pomoc

przedlekarska. Wydawnictwa Naukowo-Tech-
niczne, Warszawa, 1993 r.

6 Jan Maksymiuk, Aparaty elektryczne w py-

taniach i odpowiedziach. Wydawnictwa Nauko-
wo-Techniczne, Warszawa, 1997 r.

7 Karta katalogowa Światłowodowego zabez-

pieczenia łukoochronnego typu ZŁ Energotest-
-Energopomiar.

8 Ochrony oczu i twarzy przed porażeniem

prądem elektrycznym. CIOP, www.ciop.pl

15

9/2005 I P

Fragment rozdzielni elektrycznej 500 V ze śladami działania łuku elektrycz-
nego wokół miejsca wystąpienia zwarcia międzyfazowego ( u góry)
Uszkodzone działaniem łuku elektrycznego podstawy bezpiecznikowe na ści-
skach, w których wystąpiło zwarcie międzyfazowe podczas wkładania wkład-
ki bezpiecznikowej do środkowej podstawy przy pomocy kleszczy uniwersal-
nych; poszkodowany nie użył w tym celu uchwytu izolacyjnego ( u dołu)

Fot. M. Tompalski

Fot. M. Tompalski