11

a d I I . Ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa (przy uszkodzeniu).

Uszkodzenie ochrony podstawowej grozi porażeniem. Miarą tego zagrożenia jest napięcie dotykowe,
czyli napięcie między dwoma punktami, których człowiek może jednocześnie dotknąć [6. s.221];
(oznaczenie U

ST

).Aby zapobiec porażeniu w razie uszkodzenia ochrony podstawowej, stosuje się

ochronę przeciwporażeniową dodatkową (ochronę przy uszkodzeniu), która powinna spowodować:
-

albo samoczynne wyłączenia w wymaganym czasie zasilania urządzenia o uszkodzonej izolacji,

-

albo obniżenie napięcia dotykowego, które pojawiło się na częściach przewodzących dostępnych,
do wartości dopuszczalnej długotrwale U

L

.

[6. s.221], co możemy zapisać: U

ST

≤

U

L

Termin napięcie dotykowe długotrwałe, w kontekście zasad ochrony przeciwporażeniowej,

znaczy, że 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

.

Najdłuższy dopuszczalny czas wyłączenia zależy od:

-

napięcia znamionowego względem ziemi U

0

,

-

typu układu instalacji (TN; TT),

-

klasy ochronności odbiornika (0; I; II; III),

-

rodzaju obwodu i jego prądu obciążenia (

np

.:

obwody odbiorcze o obciążeniu nie przekraczającym

32 A

;

obwody rozdzielcze instalacji; publiczne sieci rozdzielcze i ich stacje zasilające

)

-

wartości U

L

napięcia dotykowego dopuszczalnej długotrwale, zależnej od warunków

ś

rodowiskowych (

zagrożenie porażeniowe: normalne, zwiększone, szczególne

),

a ustala go norma [25; 19]. Przykładowo czasy te dla obwodów odbiorczych o obciążeniu nie
przekraczającym 32 A podaje się za [12 s. 32, t. 3.] w poniższej 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 obciążenia 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 może być wymagane z innych powodów niż zagrożenie porażeniem.

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 wydłużenia czasu trwania zwarcia

– wynikające z przepisów ochrony przeciwporażeniowej –

nie zwalnia z obowiązku wyłączenia zwarcia w takim czasie, aby nie została przekroczona
obciążalność zwarciowa cieplna przewodów i innych elementów instalacji.

12

Największe dopuszczalne długotrwale wartości (oznaczane U

L

) napięcia dotykowego zależą od

warunków środowiskowych. Ustalono w normie [30], w warunkach zagrożenia porażeniowego:
-

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

można

stosować

we

wszystkich

instalacjach

n.n.

niezależnie

od

warunków

ś

rodowiskowych

i prawdopodobieństwa porażenia.

Zaletą samoczynnego wyłączenie zasilania jest stosunkowo duża

skuteczność przy niewielkich kosztach.

Warunek samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie TN i układzie TT jest spełniony, jeżeli
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,

najbliższego w kierunku źródła.

Warunek powyższy można 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,

wyposażonych 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 (złożona z przewodów) czyli o małej rezystancji, a więc prąd
zwarciowy jest duży (większy niż 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 niż 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 można

ich wprowadzić (

instalacja jest już 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, należy 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 można również dokonać posługując się tablicami (co jest znacznie łatwiejsze)
podającymi wartości prądów I

a

w zależności od wymaganych czasów zadziałania bezpieczników, dla

wkładek określonej klasy i prądu znamionowego, np. [5; s.113].

Dla wyłączników instalacyjnych prąd I

a

można określić jako krotność “k” jego prądu znamionowego,

a więc I

a

= k x I

n

, gdzie “k” zależy 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

można również 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 zagrożenie. Koordynacja polega na takim doborze parametrów
elementów pętli zwarcia (przekrój przewodów) i parametrów znamionowych urządzenia ochronnego, aby
obliczeniowy (spodziewany) prąd zwarciowy (uszkodzeniowy) osiągnął wartość umożliwiającą 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 każdego rodzaju układu obwód prądu zwarcia jednofazowego jest inny (rysunki s. 15 ), co
powoduje, że 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 już 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

może też zapewnić

wyłącznik przeciwporażeniowy różnicowoprądowy

3

. Szacunkowo można przyjmować

I

a

= 5

I

∆n

,

a dokładnie wg tablicy 5 [wg 10b –s.13 tablica 3.]

Tablica 5.

Prąd wyłączający wyłączników różnicowoprądowych o różnych charakterystykach wyzwalania

w zależności od wymaganego czasu samoczynnego wyłączania zasilania

Prąd wyłączający

I

a wyrażony krotnością znamionowego prądu różnicowego 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 różnicowego przemiennego przy wyzwalaniu AC,
prądu pulsującego stałego – przy wyzwalaniu A,
prądu stałego o pomijalnym tętnieniu – przy wyzwalaniu B

Podkreśla się, że w układzie TT wyłącznik przeciwporażeniowy różnicowoprądowy 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 przeciwporażeniowy różnicowoprądowy (s. 15) może nie zapewnić

skutecznego zabezpieczenia przed porażeniem [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 również: 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]