11
a d I I . Ochrona przeciwporaŜeniowa dodatkowa (przy uszkodzeniu).
Uszkodzenie ochrony podstawowej grozi poraŜeniem. Miarą tego zagroŜenia jest napięcie dotykowe,
czyli napięcie między dwoma punktami, których człowiek moŜe jednocześnie dotknąć [6. s.221];
(oznaczenie U
ST
).Aby zapobiec poraŜeniu w razie uszkodzenia ochrony podstawowej, stosuje się
ochronę przeciwporaŜeniową dodatkową (ochronę przy uszkodzeniu), która powinna spowodować:
-
albo samoczynne wyłączenia w wymaganym czasie zasilania urządzenia o uszkodzonej izolacji,
-
albo obniŜenie napięcia dotykowego, które pojawiło się na częściach przewodzących dostępnych,
do wartości dopuszczalnej długotrwale U
L
.
[6. s.221], co moŜemy zapisać: U
ST
≤
U
L
Termin napięcie dotykowe długotrwałe, w kontekście zasad ochrony przeciwporaŜeniowej,
znaczy, Ŝe zasilanie nie zostało wyłączone w czasie wymaganym przez normę: od 0,1 s do 5 s.
PRZY RAśENIU, spadek napięcia na rezystancji ciała człowieka czyli
NAPIĘCIE RAśENIOWE oznacza się U
T
.
NajdłuŜszy dopuszczalny czas wyłączenia zaleŜy od:
-
napięcia znamionowego względem ziemi U
0
,
-
typu układu instalacji (TN; TT),
-
klasy ochronności odbiornika (0; I; II; III),
-
rodzaju obwodu i jego prądu obciąŜenia (
np
.:
obwody odbiorcze o obciąŜeniu nie przekraczającym
32 A
;
obwody rozdzielcze instalacji; publiczne sieci rozdzielcze i ich stacje zasilające
)
-
wartości U
L
napięcia dotykowego dopuszczalnej długotrwale, zaleŜnej od warunków
ś
rodowiskowych (
zagroŜenie poraŜeniowe: normalne, zwiększone, szczególne
),
a ustala go norma [25; 19]. Przykładowo czasy te dla obwodów odbiorczych o obciąŜeniu nie
przekraczającym 32 A podaje się za [12 s. 32, t. 3.] w poniŜszej tablicy 3, a w tablicy 4. [10b] zebrano
wymagania czasu samoczynnego wyłączania zasilania w instalacjach prądu przemiennego
o napięciu względem ziemi 230 V.
Tablica 3
.
[25]
Największy dopuszczalny czas samoczynnego wyłączania zasilania w sekundach
w obwodach odbiorczych o prądzie obciąŜenia nieprzekraczającym 32 A
50 V < U
0
≤
120V
120 V < U
0
≤ 230V
230 V < U
0
≤
400V
U
0
> 400V
Ukła
d
AC
DC
AC
DC
AC
DC
AC
DC
TN
0,8
1
)
0,4
5
0,2
0,4
0,1
0,1
TT
0,3
1
)
0,2
0,4
0,07
0,2
0,04
0,1
1
) Wyłączenie moŜe być wymagane z innych powodów niŜ zagroŜenie poraŜeniem.
Tablica 4. [10 b]
. Największy dopuszczalny czas samoczynnego wyłączania zasilania w sekundach
w instalacjach prądu przemiennego o napięciu względem ziemi 230 V.
Rodzaj obwodu
Układ TN Układ TT Układ IT
Obwody odbiorcze o prądzie znamionowym In
≤ 32 A
0,4 s
0,2 s
0,4 s lub 0,2 s
Obwody odbiorcze o prądzie znamionowym In
> 32 A
5 s
1 s
5 s lub 1 s
Obwody sieci rozdzielczej zasilającej instalację oraz
główny obwód zasilający budynku, który musi być
wykonany z izolacją podwójną lub wzmocnioną
Samoczynne wyłączanie przez poprzedzający
bezpiecznik o prądzie znamionowym Inf.
Prąd wyłączający: 1,6Inf (Niemcy)
2Inf (Polska)
Obwody, w których nie sposób uzyskać samoczynne
wyłączania zasilania w wymaganym czasie
Miejscowe połączenia wyrównawcze
ochronne ograniczające długotrwale
utrzymujące się napięcie dotykowe na
poziomie dopuszczalnym długotrwale.
Dopuszczenie ewentualnego wydłuŜenia czasu trwania zwarcia
– wynikające z przepisów ochrony przeciwporaŜeniowej –
nie zwalnia z obowiązku wyłączenia zwarcia w takim czasie, aby nie została przekroczona
obciąŜalność zwarciowa cieplna przewodów i innych elementów instalacji.
12
Największe dopuszczalne długotrwale wartości (oznaczane U
L
) napięcia dotykowego zaleŜą od
warunków środowiskowych. Ustalono w normie [30], w warunkach zagroŜenia poraŜeniowego:
-
normalnego
U
L
= 50V(AC) lub 120V (DC),
-
zwiększonego
, np. przy posługiwaniu się urządzeniami ręcznymi
w miejscach wilgotnych lub mokrych, w sąsiedztwie części o potencjale ziemi
U
L
= 25V (AC) lub 50V (DC),
-
szczególnego,
np. w basenie, saunie, w ciasnym metalowym zbiorniku
U
L
= 12V (AC) lub 30V (DC).
a d I I . a )
Ochronę przez samoczynne wyłączenie zasilania
w wymaganym czasie
moŜna
stosować
we
wszystkich
instalacjach
n.n.
niezaleŜnie
od
warunków
ś
rodowiskowych
i prawdopodobieństwa poraŜenia.
Zaletą samoczynnego wyłączenie zasilania jest stosunkowo duŜa
skuteczność przy niewielkich kosztach.
Warunek samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie TN i układzie TT jest spełniony, jeŜeli
zwarcie bezoporowe dowolnego przewodu fazowego z przewodem ochronnym PE (PEN), a w układzie
TT zwarcie doziemne, wywołuje przepływ prądu zwarciowego (
I
k1min
=U
0
/Z
s
) co najmniej równego
prądowi wyłączającemu I
a
poprzedzającego urządzenia wyłączającego,
najbliŜszego w kierunku źródła.
Warunek powyŜszy moŜna zapisać nierównością
1
:
I
k1min
=U
0
/Z
s
≥≥≥≥
I
a
,
lub
U
0
/Z
s
≥≥≥≥
I
a
,
gdzie:
U
0
oznacza napięcie fazowe instalacji
,
Z
s
impedancję pętli zwarciowej
,
I
k1min
prąd zwarcia doziemnego.
W układzie TN ochrona tego typu wymaga połączenia części przewodzących dostępnych,
wyposaŜonych w zaciski ochronne PE, z uziemionym przewodem ochronnym PE (PEN)
(tzw. zerowanie). Dzięki temu, przy uszkodzeniu izolacji podstawowej – zwarciu – utworzona pętla
zwarcia doziemnego jest metaliczna (złoŜona z przewodów) czyli o małej rezystancji, a więc prąd
zwarciowy jest duŜy (większy niŜ 200 A).
W układzie TT pętla zwarcia doziemnego zamyka się przez ziemię, a tworzą ją szeregowo
połączone rezystancje: robocza R
B
(uziemienie punktu neutralnego instalacji) i R
A
(uziemienie lub
zespół uziemień przewodu ochronnego); wartość impedancji (charakter rezystancyjny) pętli wynosi
zazwyczaj co najmniej kilka omów, wskutek czego prąd zwarciowy
I
k1min
w instalacji o napięciu
U
0
=
230 V na ogół jest wyraźnie mniejszy niŜ 50 A.
W sytuacji, gdy warunek samoczynnego wyłączenia zasilania
w wymaganym czasie przez
zabezpieczenia nadprądowe nie jest spełniony, a korekty konfiguracji i/lub wartości impedancji
(w trakcie projektowania) instalacji niskonapięciowej nie dają rezultatu (
nadmierne koszty
) lub nie moŜna
ich wprowadzić (
instalacja jest juŜ wykonana
), to zawsze pozostaje –jak pisze Musiał [11; s.20] środek
prosty i radykalny, a ponadto dopuszczony przez normę [29 p.411.3.2.6]; wg 10b – połączenia
wyrównawcze miejscowe.
Prąd wyłączający I
a
jest to najmniejszy prąd urządzenia zabezpieczającego wywołujący
zadziałanie w wymaganym czasie [12; s.33]. Ogólnie, dla wyznaczenia tego prądu z charakterystyki
czasowo prądowej – określonej przez wartość znamionową I
n
urządzenia zabezpieczającego –
(bezpiecznika lub wyłącznika) dla wymaganego czasu wyłączenia zasilania, naleŜy odczytać z linii
największych czasów wyłączania (t
w
) najmniejszy prąd gwarantujący to wyłączenie – prąd I
a
(patrz rys. 3).
1
Dla zabezpieczeń w urządzeniach wysokiego napięcia uwzględnia się współczynnik czułości
k
c
:
I
k1min
≥
k
c
I
a
,
13
I
I
n
t
t
p
t
w
I
a
0,4 s
Rys. 3.
[12; s.33] Wyznaczanie prądu wyłączającego I
a
wkładki bezpiecznikowej dla wymaganego czasu wyłączania
(np. 0,4 s) na podstawie określonego w normie przedmiotowej pasma czasowo-prądowego wkładek topikowych
Sprawdzenie warunku samoczynnego wyłączenia zasilania w wymaganym czasie
polega na porównaniu tej odczytanej wartości I
a
z obliczeniową (lub pomierzoną) wartością
prądu zwarciowego U
0
/Z
s
.
Sprawdzenie takie moŜna równieŜ dokonać posługując się tablicami (co jest znacznie łatwiejsze)
podającymi wartości prądów I
a
w zaleŜności od wymaganych czasów zadziałania bezpieczników, dla
wkładek określonej klasy i prądu znamionowego, np. [5; s.113].
Dla wyłączników instalacyjnych prąd I
a
moŜna określić jako krotność “k” jego prądu znamionowego,
a więc I
a
= k x I
n
, gdzie “k” zaleŜy od typu charakterystyki wyłącznika instalacyjnego i wynosi:
dla charakterystyk oznaczonych literami B, C, D odpowiednio 5, 10, 20. W sytuacji gdy prąd
zwarciowy (U
0
/Z
s
) jest większy lub równy wartości tak obliczonego prądu I
a
(k x I
n
), czas
samoczynnego wyłączenia jest mniejszy od 0,1 s.
W przypadku większych wyłączników, stosuje się zasadę ogólną dla wyłączników nadprądowych,
a mianowicie prąd wyłączający jest równy prądowi zadziałania wyzwalacza zwarciowego
bezzwłocznego, obliczanego jako krotność 1,2 prądu nastawczego wyzwalacza lub przekaźnika
zwarciowego bezzwłocznego.
Dla wyzwalaczy elektromagnetycznych prąd I
a
moŜna równieŜ określić jako krotność “k” jego prądu
znamionowego, przy czym k = 1,2
Przy projektowaniu instalacji sprawdza się czy impedancja pętli zwarcia jest skoordynowana
z parametrami zadziałania urządzenia ochronnego obwodu (np. zabezpieczenia zwarciowego w układzie
TN), w którym nastąpiło uszkodzenie i powstało zagroŜenie. Koordynacja polega na takim doborze parametrów
elementów pętli zwarcia (przekrój przewodów) i parametrów znamionowych urządzenia ochronnego, aby
obliczeniowy (spodziewany) prąd zwarciowy (uszkodzeniowy) osiągnął wartość umoŜliwiającą samoczynne
zadziałanie zabezpieczenia wyłączającego zasilanie, zanim (“spodziewane”) napięcie dotykowe przekroczy
wartość dopuszczalną U
L
.
Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania stosowana jest w obwodach układów typu TN,
TT i IT. Dla kaŜdego rodzaju układu obwód prądu zwarcia jednofazowego jest inny (rysunki s. 15 ), co
powoduje, Ŝe wartości prądów uszkodzeniowych są inne i stawiane są inne wymagania dotyczące
czasów samoczynnego wyłączenia i inne wymagania wartości rezystancji uziemień przewodów PE.
t
p
– czas przedłukowy,
t
w
– czas wyłączania
14
W układach TN, TT i układzie IT z uziemionym przez impedancję punktem neutralnym
samoczynne wyłączenie zasilania powinno wystąpić juŜ przy pierwszym doziemieniu.
W układzie IT z punktem neutralnym izolowanym od ziemi zazwyczaj
2
nie wymaga się
samoczynnego wyłączenia w przypadku pierwszego doziemienia. Dopiero podwójne doziemienie
powinno spowodować samoczynne wyłączenie zasilania.
Samoczynne wyłączenie zasilania w układzie
TN
i w układzie
TT
moŜe teŜ zapewnić
wyłącznik przeciwporaŜeniowy róŜnicowoprądowy
3
. Szacunkowo moŜna przyjmować
I
a
= 5
I
∆n
,
a dokładnie wg tablicy 5 [wg 10b –s.13 tablica 3.]
Tablica 5.
Prąd wyłączający wyłączników róŜnicowoprądowych o róŜnych charakterystykach wyzwalania
w zaleŜności od wymaganego czasu samoczynnego wyłączania zasilania
Prąd wyłączający
I
a wyraŜony krotnością znamionowego prądu róŜnicowego zadziałania
I
∆n
RCD bezzwłoczne i krótkozwłoczne
RCD selektywne o zwłoce 0,06 s
Czas
wyłączania
zasilania
[s]
AC
A (30 mA)
B
AC
A
B
0,04
5
7 lub12
a
10
-
-
-
0,07
5
7 lub12
a
10
-
-
-
0,1
5
7 lub12
a
10
-
-
-
0,2
2
4
4
2
2,8
4
0,3
1
2
2
2
2,8
4
0,4
1
2
2
2
2,8
4
0,8
1
2
2
1
1,4
2
1
1
2
2
1
1,4
2
5
1
2
2
1
1,4
2
a – Według danych producenta: albo 7
I
∆n
albo 0,35 A (≈12
I
∆n
)
Podane krotności dotyczą prądu róŜnicowego przemiennego przy wyzwalaniu AC,
prądu pulsującego stałego – przy wyzwalaniu A,
prądu stałego o pomijalnym tętnieniu – przy wyzwalaniu B
Podkreśla się, Ŝe w układzie TT wyłącznik przeciwporaŜeniowy róŜnicowoprądowy jest
niezbędny dla samoczynnego wyłączenia zasilania w obwodach z bezpiecznikiem o prądzie
znamionowym większym od 10 A – ze względu na wymaganą bardzo małą, praktycznie nie osiągalną,
wartość rezystancji uziemienia.
W
układzie
IT
wyłącznik przeciwporaŜeniowy róŜnicowoprądowy (s. 15) moŜe nie zapewnić
skutecznego zabezpieczenia przed poraŜeniem [5; s.135], [rys. 18; (10b) – s.15]. Stosuje się więc
“układy kontroli stanu
4
izolacji, UKSI” - ostatnio wprowadzono termin urządzenia monitorujące stan
izolacji doziemnej. W podziemiach kopalń w układach
IT,
samoczynne wyłączenie zasilania
zapewniają zabezpieczenia upływowe
[3; §620, §622, §624], [PN-G-42040:1996] [15].
2
w podziemiach kopalń wymaga się samoczynnego wyłączenia
3
porównaj równieŜ: ochrona uzupełniająca
4
określenie nie jest precyzyjne, kontrolowana jest rezystancja izolacji, a nie “stan izolacji”, ale utrwalone tradycją.
15
P r ą d z w a r c i o w y w u k ł a d a c h T N , T T i I T
Ź
ródło: Musiał [10b]