Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektrycznych na napięcie do 1 kV.
Działanie prądu na organizm ludzki.
Prąd elektryczny przepływając przez ciało człowieka wywołuje w nim zmiany chemiczne i biologiczne groźne dla zdrowia i życia. Działanie prądu może objawiać się w postaci zmian elektrolitycznych, oparzeń i zaburzeń czynności.
Niebezpieczeństwo porażenia prądem elektrycznym zależy od jego wartości, czasu rażenia (przepływu prądu przez organizm) oraz częstotliwości prądu.
Najniebezpieczniejsze są prądy o częstotliwości sieciowej 50...60 Hz, gdyż ich wartość jest zbliżona do częstotliwości pracy serca oraz częstotliwości bioprądów w organizmie.
Niebezpieczeństwo porażenia prądem elektrycznym jest mniejsze dla prądu stałego oraz zmniejsza się wraz ze zwiększeniem częstotliwości ponad 50...60 Hz.
Dla prądu przemiennego o częstotliwości sieciowej rozróżnia się trzy poziomy bezpieczeństwa, zależne od wartości prądu i czasu trwania rażenia:
? Prąd nieodczuwalny ? 0,5 mA, przez czas nieograniczony,
? Prąd umożliwiający uwolnienie się ? 6...10 mA, przez długi czas,
? Prąd nie zagrażający życiu ? 25 mA, przez czas kilkunastu sekund.
Podane wartości są górnymi granicami zakresów, a dla prądu stałego wartości te są dwukrotnie większe. Są to dane orientacyjne, gdyż wrażliwość na prąd jest bardzo różna u różnych osób. Prąd elektryczny przekraczający trzeci poziom bezpieczeństwa, w niesprzyjających warunkach może spowodować migotanie komór serca, co w konsekwencji kończy się najczęściej śmiercią.
Rezystancja ciała człowieka waha się w dość szerokich granicach (od kilkuset omów do 100 k?). Składa się na nią:
? Rezystancja przejścia między urządzeniem pod napięciem a ciałem,
? Rezystancja naskórka,
? Rezystancja wewnętrzna organizmu.
Najmniej zmienna jest rezystancja wewnętrzna organizmu (500...1000?). Do rozważań i obliczeń przyjmuje się, że rezystancja ciała człowieka wynosi 1000?. Rezystancja przejścia i rezystancja naskórka zależy od:
? Siły docisku do urządzenia pod napięciem,
? Powierzchni styku,
? Wartości napięcia,
? Czasu rażenia,
? Wilgotności naskórka.
Ponieważ przepływ prądu jest skutkiem pojawienia się różnicy potencjałów, czyli napięcia, zachodzi potrzeba określenia bezpiecznych wartości napięcia:
Tabela wartości napięć bezpiecznych i niebezpiecznych.
Określenie napięcia Wartość napięcia [V](prąd przemienny) Wartość napięcia [V](prąd stały)
Napięcie robocze względem ziemi:? bezpieczne? warunkowo bezpieczne? niebezpieczne do 3030...50ponad 50 do 6060...100ponad 100
Napięcie dotykowe niebezpieczne (gdy utrzymuje się długotrwale)? w warunkach normalnych? w warunkach szczególnego niebezpieczeństwa ponad 65ponad 30 ponad 110ponad 60
Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektrycznych na napięcie do 1 kV.
Podstawowymi środkami ochrony przeciwporażeniowej jest izolacja części przewodzących prąd oraz zachowanie przepisowych odległości między częściami pod napięciem a konstrukcją urządzenia.
Oprócz środków podstawowych, które zapobiegają pojawieniu się napięcia na częściach nie przeznaczonych do przewodzenia prądu elektrycznego oraz dotknięciu przez człowieka części wiodących prąd, stosuje się również dodatkowe środki ochrony przeciwporażeniowej.
Ich celem jest:
? zmniejszenie do minimum napięć rażenia dotykowych,
? maksymalnie szybkie przerwanie obwodu,
? niedopuszczenie do zaistnienia niebezpiecznego napięcia rażenia.
Do dodatkowych środków ochrony przeciwporażeniowej należą:
? Zerowanie ? jest to środek ochrony, polegający na metalicznym połączeniu elementów urządzeń podlegających ochronie, z uziemionym przewodem zerowym (neutralnym). Zerowanie stosuje się w sieciach o uziemionym punkcie zerowym i napięciu znamionowym do 500 V włącznie. Jeżeli na elemencie podlegającym zerowaniu pojawi się napięcie niebezpieczne, wówczas zostanie zamknięty obwód prądowy (tzw. pętla zwarciowa) przez przewód zerujący i zerowy. Ze względu na małą impedancję pętli popłynie duży prąd zwarciowy, który spowoduje w krótkim czasie odłączenia urządzenia spod napięcia przez zabezpieczenie.
Aby zerowanie spełniało swoją rolę, konieczne jest utrzymanie ciągłości przewodu zerowego, z tego powodu nie wolno w nim instalować bezpieczników i przerywać go łącznikami. Przekrój przewodów powinien być co najmniej równy połowie przekroju przewodów fazowych, jeżeli konduktancja przewodu fazowego jest większa od konduktancji przewodu miedzianego o przekroju 6 mm?. W przeciwnym wypadku, jak również dla sieci 1-fazowych, gdzie przewód zerowy jest przewodem powrotnym, przekrój przewodów zerowych powinien być taki sam, jak przewodów fazowych.
? Uziemienie ochronne ? polega na metalicznym połączeniu z uziomem elementów urządzeń podlegających ochronie. Uziemienie ochronne stosuje się w sieciach zarówno prądu stałego jak i przemiennego. Celem uziemienia ochronnego, w przypadku pojawienia się na uziemionych elementach napięcia niebezpiecznego, jest dostatecznie szybkie przerwanie obwodu lub ograniczenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej.
? Sieć ochronna ? polega na połączeniu między sobą wszystkich elementów urządzeń podlegających ochronie siecią przewodów ochronnych przyłączonych do uziemień naturalnych, konstrukcji i innych metalowych przedmiotów. Sieć ochronna można stosować w sieciach prądu stałego i przemiennego o izolowanym lub uziemionym przez iskiernik punkcie zerowym oraz systematycznej kontroli izolacji. Jej cechą jest fakt, że przy zwarciu z ziemią jednej fazy nie następuje wyłączenie sieci spod napięcia. W przypadku zwarcia dwóch faz w różnych miejscach do ziemi następuje szybkie wyłączenie, gdyż sieć ochronna powoduje, że jest to zwarcie bezpośrednie ? metaliczne. Rezystancja uziemienia całej sieci ochronnej nie połączonej z uziemieniem roboczym powinna wynosić maksimum 20 ?, a w przypadku wspólnego uziomu z uziemieniem roboczym (włączonym przez iskiernik) rezystancja całego układu powinna spełniać warunek:
R wypadkowa ? 65 ? Iz
(Iz - prąd zwarcia doziemnego po stronie napięcia wyższego od 1 kV)
co zapewnia utrzymanie napięcia dotykowego 65 V w przypadku przebicia izolacji w uzwojeniu wysokiego napięcia transformatora.
? Wyłączniki przeciwporażeniowe ? stosować można w instalacjach o napięciu przemiennym do 500 V. Są to wyłączniki zapobiegające utrzymywaniu się niebezpiecznych napięć na chronionych elementach urządzeń. Rozróżnia się wyłączniki przeciwporażeniowe napięciowe PU i różnicowo ? prądowe PI. Wyłączniki napięciowe ze względu na niepewność prawidłowego działania nie są w praktyce stosowane. Dużą pewność działania i czułość wykazują wyłączniki różnicowo ? prądowe. W stanie normalnym, gdy wszystkie prądy przepływają wewnątrz rdzenia przekładnika Ferrantiego, ich suma równa się zeru i w jego obwodzie wtórnym nie indukują się żadne prądy. Przy zwarciu doziemnym prąd zwarciowy (Iz) zamyka się przez przewody ochronne i ziemię do uziemionego punktu zerowego i ta część prądu nie płynie przez przekładnik. Wówczas suma prądów nie jest równa zeru i w obwodzie wtórnym popłynie prąd, który po wzmocnieniu spowoduje zadziałanie wyzwalacza wyłącznika. Czułe wyłączniki różnicowo ? prądowe PI działają już przy prądach rozruchu rzędu 10...30 mA. Rezystancja uziemienia musi spełniać warunek:
R ? Ubd ? 1,2 Ir
(Ubd ? napięcie bezpieczne dotykowe, Ir ? znamionowy prąd rozruchu wyłącznika)
Warunek ten zapewnia bezpieczne napięcia dotykowe na chronionych elementach urządzeń. Dużą zaletą tych wyłączników jest wyłączanie faz w czasie krótszym niż 0,2 s.
? Ochronne obniżenie napięcia ? polega na obniżeniu napięcia roboczego do poziomu napięć bezpiecznych za pomocą transformatorów bezpieczeństwa, generatorów, przetwornic lub akumulatorów. Napięcie obniżone nie może przekraczać 42 V dla prądu przemiennego, a 80 V dla prądu stałego. Dla odbiorników ręcznych używanych w szczególnie niebezpiecznych warunkach napięcia te powinny wynosić maksymalnie odpowiednio: 24 V i 48 V. Transformatory bezpieczeństwa i przetwornice muszą mieć oddzielone uzwojenia pierwotne i wtórne, aby uniemożliwić przerzut napięcia.
? Separacja odbiornika ? polega na odizolowaniu jego obwodu od obwodu sieci zasilającej. Stosuje się w tym celu transformatory lub przetwornice separacyjne o oddzielonych od siebie uzwojeniach, pierwotnym i wtórnym. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo doziemień obwodu odseparowanego, stosuje się ograniczenie jego długości (do 30 m) oraz liczby odbiorników (jeden przemysłowy lub pięć nieprzemysłowych). Ponadto stosuje się ograniczenia: - prąd pobierany przez odbiorniki nie może przekroczyć 16 A; - napięcie obwodu odseparowanego nie może przekroczyć 380 V; - napięcie zasilania nie może przekroczyć 500 V (napięcie przemienne) i 750 V (napięcie stałe). Separację obwodu stosuje się głównie przy zasilaniu odbiorników ręcznych.
? Izolowanie stanowiska ? polega ono na odizolowaniu człowieka od podłoża w obrębie obsługiwanego urządzenia elektrycznego. Izolowanie stanowiska stosowane może być w instalacjach napięcia stałego i przemiennego do 1 kV, a w pomieszczeniach suchych, do urządzeń zainstalowanych na stałe. Do urządzeń tych nie wolno przyłączać przewodów zerujących i uziemiających, aby napięcia niebezpieczne mogące pojawić się na urządzeniu nie było przenoszone na inne urządzenia. Szerokość pasa izolacyjnego powinna wynosić minimum 1,25 m.
? Izolacja ochronna ? środek ochrony stosowany jest nie w instalacjach, lecz w samych urządzeniach elektrycznych. Polega na polepszeniu własności izolacyjnych przez dodatkowe warstwy izolacji lub osłonę izolacyjna całego urządzenia, a tym samym zmniejszenie prawdopodobieństwa pojawienia się na elementach chronionych niebezpiecznego napięcia dotykowego.
W specjalnych przypadkach, przy zwiększonym niebezpieczeństwie porażenia, stosuje się tzw. obostrzoną ochronę dodatkową polegającą na konieczności zastosowania jednego z środków ochrony dodatkowej, charakteryzujących się bardziej skutecznym zabezpieczeniem przed porażeniem.
Do środków tych zalicza się:
? Wyłączniki przeciwporażeniowe;
? Ochronne obniżenie napięcia;
? Separacja odbiornika;
? Izolacja odbiornika.