Dr inż. Edward MUSIAŁ

Katedra Elektroenergetyki

Politechnika Gdańska

Wybrane problemy ochrony przeciwporażeniowej

Przedmiotem referatu są problemy ochrony przeciwporażeniowej i szerzej - kwestie norm i przepisów z zakresu instalacji i urządzeń elektrycznych, wskazane przez organizatorów spotkania na podstawie sondażu przeprowadzonego wśród potencjalnych jego uczestników. Niestety zgłoszone pytania są na ogół nieprecyzyjne, niejednoznaczne, a pytania dotyczące szczegółowej interpretacji przepisów nie podają, którego aktu przepisowego dotyczą.

Rozdziały 1÷3 referatu stanowią odpowiedź na następujące zgłoszone pytania i zagadnienia:

Nasze normy branżowe (BN?) a normy Unii Europejskiej. Co warto wiedzieć na temat przepisów UE? Stan przygotowań zbioru przepisów branży elektrycznej, którymi elektrycy mają się kierować przy projektowaniu.

Rozdział 4 zawiera odpowiedzi na pozostałe pytania.

1. Normy jako zbiór uznanych reguł technicznych

Uznane reguły techniczne są to rozstrzygnięcia problemów technicznych przyjęte przez większość gremium reprezentatywnych specjalistów jako odpowiadające aktualnemu stanowi wiedzy. Przestrzeganie ich obowiązuje wszelkie osoby wykwalifikowane działające w sferze techniki. Synonimem przestrzegania uznanych reguł technicznych są potoczne sformułowania, iż coś zostało wykonane zgodnie z zasadami sztuki (inżynierskiej), reprezentuje zasady sztuki (ang. state-of-the-art) albo na odwrót, że został popełniony błąd w sztuce.

Prawo różnych krajów przywołuje uznane reguły techniczne jako punkt odniesienia przy rozstrzyganiu kwestii spornych, przy czym niekoniecznie tak je nazywa. Polski Kodeks Cywilny, rozważając odpowiedzialność za szkodę wyrządzona przez produkt niebezpieczny, zwalnia od tej odpowiedzialności „…gdy nie można było przewidzieć niebezpiecznych właściwości produktu, uwzględniając stan nauki i techniki w chwili wprowadzenia produktu do obrotu…”. Z kolei w art. 647 stanowi, iż „przez umowę o roboty budowlane wykonawca zobowiązuje się do oddania przewidzianego w umowie obiektu, wykonanego zgodnie z projektem i z zasadami wiedzy technicznej…”. Warto też zwrócić uwagę na ten spójnik łączny „i”: obiekt ma być wykonany zgodnie zarówno z projektem, jak i z zasadami wiedzy technicznej.

Uznane reguły techniczne są zapisane przede wszystkim w normach. Pod warunkiem wszakże, że te normy są opracowane poprawnie, tzn. w pełni jawnie, w gronie kompetentnych i uczciwych specjalistów reprezentujących strony o rozbieżnych interesach. Stosownie do okoliczności tymi stronami są tradycyjnie producenci, użytkownicy, nadzór rynku, administracja publiczna itd. W warunkach globalizacji gospodarki i stosowania jednolitych norm w skali regionalnej, a nawet światowej, za strony o rozbieżnych interesach można też uważać kraje bogate wobec krajów biednych. Równe prawo udziału w międzynarodowych pracach normalizacyjnych nie oznacza równych szans. Odmienne stanowisko trzeba umieć uzasadnić i obronić, a w tym celu trzeba aktywnie uczestniczyć w posiedzeniach komitetów technicznych i grup roboczych odbywających się co kilka miesięcy w różnych krajach i na różnych kontynentach.

Tak opracowane normy racjonalizują działalność techniczną, są gwarantem bezpieczeństwa, ochrony zdrowia i ochrony środowiska, poprzez w pełni jawne kompromisy przyjęte na zasadzie konsensu tworzą pomosty porozumienia w gospodarce, technice, nauce i administracji. Służą interesowi ogółu, całej społeczności (międzynarodowej), a nie jednej z zainte­re­so­wa­nych stron.

Wprawdzie normy przedstawiają w krajach Unii Europejskiej najwyższej rangi uznane reguły techniczne, ale ich stosowanie jest w zasadzie dobrowolne. Nie oznacza to jednak, że można je bezkarnie lekceważyć, omijać i postępować wbrew ich postanowieniom. W razie wątpliwości co do jakości produktu lub usługi kwestie sporne rozstrzygać się będzie przyjmując za podstawę przede wszystkim wymagania norm. Jeżeli zdarzy się wypadek z ludźmi, poważna awaria techniczna bądź zagrożenie dla środowiska to właśnie w oparciu o wymagania norm dokona się sprawdzenia, czy urządzenie było zbudowane i eksploatowane zgodnie z zasadami sztuki inżynierskiej. Na wymagania norm będą się powoływać poszkodowani klienci, organizacje konsumenckie, organy nadzoru rynku, niesłusznie obwinieni producenci, instytucje ubezpieczeniowe nieskore do uznawania roszczeń, organy ścigania i każdy inna osoba fizyczna lub prawna występująca jako strona albo rozjemca w sporze, również w postępowaniu sądowym karnym bądź cywilnym. Kto będzie chciał, by mu zlecano projekty, nadzory, wykonawstwo, ekspertyzy, czy okresowe badania stanu urządzeń, ten będzie przestrzegał dobrowolnych norm technicznych, bo będzie to gwarancją należytej jakości wytworu umysłu i rąk, gwarancją akceptacji obiektu przez firmę ubezpieczeniową czy inspekcję pracy i gwarancją spokoju ze strony prokuratora.

W prawodawstwie Unii Europejskiej od roku 1985 szczególne znaczenie mają dyrektywy nowego podejścia (ang. New Approach Directives). Są to obowiązujące akty prawne Unii formułujące podstawowe wymagania (ang. essential requirements) dotyczące bezpieczeństwa, zdrowia i ochrony środowiska. Wyroby nie spełniające tych wymagań nie powinny być dopuszczone na jednolity rynek, a gdyby mimo to tam się znalazły powinny być usunięte przez organ nadzoru rynku. Podstawowe wymagania są ujęte opisowo i ogólnikowo, aby łatwiej uzyskać konsens krajów członkowskich i nie ograniczać postępu technicznego, co zarzucano wcześniejszym dyrektywom (ang. Directives) normującym różne szczegóły rozwiązań technicznych. Natomiast wynikające z dyrektyw nowego podejścia szczegółowe wymagania techniczne znajdują się w blisko 2000 szczególnej rangi „normach europejskich EN zharmo­nizowanych z dyrektywami nowego podejścia”. W razie potrzeby nowelizuje się tekst normy zharmonizowanej, jednej z wielu, która w zasadzie jest dokumentem do dobrowolnego stosowania, a nie tekst dyrektywy, która ma moc obowiązującego prawa o uciążliwej procedurze ustanawiania.

Dyrektywy nowego podejścia oraz wykazy norm zharmonizowanych z każdą z nich publikuje się w Dzienniku Urzędowym Wspólnot Europejskich (ang. Official Journal of the European Communities) oraz w Internecie pod adresem www.NewApproach.org.

Podobną filozofię dwustopniowych uregulowań można odnaleźć o szczebel niżej. W roku 2001 ukazała się polska wersja normy EN 50110-1 „Eksploatacja urządzeń elektrycznych”, dotyczącej wszelkich prac przy znajdujących się w eksploatacji urządzeniach elektrycznych o dowolnym napięciu. Koncentruje się ona na wymaganiach i zaleceniach co do bezpieczeństwa przy wykonywaniu tych prac, ale formułuje też ogólne zalecenia co do badań odbiorczych i badań eksploatacyjnych urządzeń. Norma nie aspiruje do kompletnego i szcze­gó­łowego ujęcia tej problematyki i w różnych postanowieniach odsyła do szczegółowych przepisów krajowych oraz do instrukcji zakładowych uwzglę­d­nia­jących specyfikę urządzeń i warunków ich użytkowania. Jest zredagowana tak, jak wiele norm europejskich EN i międzynarodowych IEC, oprócz precyzyjnych wymagań zawiera luźne zalecenia, komentarze, uwagi i opisy porządkujące problematykę eksploatacji.

Najwięcej norm europejskich, bo aż 560, jest zharmonizowanych z dyrektywą 73/23/EEC LVD Low Voltage Equipment [13]. Dotyczą one sprzętu o napięciu znamionowym 50÷1000 Vac (75÷1500 Vdc), i to zarówno sprzętu przeznaczonego do bezpośredniego użytkowania, zwłaszcza odbiorników energii elektrycznej (narzędzi elektrycznych, lamp, sprzętu gospodarstwa domowego), jak i komponentów do montowania instalacji (aparatury rozdzielczej i sterowniczej, przewodów, osprzętu).

Jak widać, mimo zasady dobrowolności stosowania norm, organy administracji wspólnotowej mogą wybranym normom EN nadawać status szczególny normy zharmonizowanej, co de facto oznacza ekonomiczny przymus ścisłego przestrzegania normy o statusie dobrowolnego stosowania. Gwoli ścisłości wypada dodać, że wytwórca może podstawowe wymagania podane w dyrektywie spełnić w inny sposób niż to określają normy zharmonizowane. W takim przypadku nie korzysta jednak z domniemania zgodności z dyrektywą (ang. presumption of conformity), czyli domniemania spełnienia wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony zdrowia zawartych w dyrektywie. Dopełnienie podstawowych wymagań dyrektywy, poprawność swoich rozwiązań konstrukcyjnych, materiałowych i technologicznych musi wykazać poddając wyrób kosztownym badaniom typu w jednostce notyfikowanej. Badania te będą przeprowadzone na podstawie indywidualnego programu badań, specjalnie opracowanego w tym celu, za co zainteresowany musi dodatkowo zapłacić.

Organy administracji państwowej krajów członkowskich mogą też normie nadawać rygor obligatoryjności, przywołując normę w przepisach technicznych, bądź ustanawiając akty prawne powtarzające w całości lub w części postanowienia określonej normy albo grupy norm i ewentualnie odstępując od wymagań (międzynarodowych, europejskich) uważanych za nieodpowiednie w danym kraju ze względu na nieuzasadnione nakłady finansowe albo ze względu na niezgodność z krajową tradycją techniczną. Przykładem są przepisy budowy urządzeń elektroenergetycznych wydawane we Francji, gdzie państwo zastrzega sobie prawo weta, jeśli chodzi o wprowadzanie w życie niektórych wymagań norm międzynarodowych bądź europejskich.

Reasumując, w krajach, w których techniką zarządzają osoby kompetentne i odpowiedzialne, uznane reguły techniczne mają postać:

1. dokumentów normatywnych administracji państwowej i prawa wspólnotowego (wraz z po­wo­łanymi w nich normami), których stosowanie jest obowiązkowe,

2. norm i projektów norm, dokumentów harmonizacyjnych i podobnych opracowań zespołów ekspertów, których stosowanie jest w zasadzie dobrowolne, ale od których odstąpienie jest nader ryzykowne,

3. komentarzy do norm i przepisów, podręczników i poradników technicznych, jeżeli są opracowane i zaopiniowane przez uznanych specjalistów i mają aprobatę instytucji naukowej albo stowarzyszenia naukowo-technicznego, przy czym oczywiście stosowanie ich jest tym bardziej dobrowolne; atrakcyjność ich polega na tym, że wyjaśniają sens różnych wymagań przepisów i norm, podają ich uzasadnienie, uczą myślenia i ułatwiają rozwiązywanie problemów szczegółowych.

2. Zgodność Polskich Norm PN z Normami Europejskimi EN

Jednym z od dawna znanych warunków akcesji Polski do Unii było uprzednie, z wyprzedzeniem roku, pełnoprawne członkostwo Polskiego Komitetu Normalizacyjnego w europejskich organizacjach normalizacyjnych CEN (Europejski Komitet Normalizacyjny) i CENELEC (Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki), w których od roku 1991 był afiliantem. Aby tak się stało, trzeba było uprzednio spełnić kilka trudnych warunków, m.in. znowelizować ustawę o normalizacji (Dz.U. 2002 r., nr 169, poz. 1386), aby zmienić status PKN i status Polskiej Normy. Trzeba też było wdrożyć jako normy krajowe co najmniej 80% norm europejskich EN (pozostałe 20% w ciągu roku po przystąpieniu) i wycofać wszystkie normatywne dokumenty krajowe sprzeczne z normami europejskimi. Te warunki są znane od lat, a mimo to wdrażanie Norm Europejskich do zbioru Polskich Norm (rys. 1) następowało ślamazarnie. Przez ponad dziesięć lat, do końca roku 2001 wprowadzono mniej więcej połowę zbioru norm EN, wobec czego w ciągu roku 2002, jednego jedynego roku, jaki pozostał, trzeba było przejąć jeszcze ponad 3000 norm EN. Transpozycja takiej liczby norm w ciągu jednego roku metodą tłumaczenia jest niewykonalna, wobec czego za pięć dwunasta zdecydowano ogromną ich większość wprowadzić w języku oryginału metodą noty uznaniowej. Będą to Polskie Normy naprawdę identyczne z oryginałem, bo w większości norm tłumaczonych jest pełno błędów i tylko formalnie są one identyczne z normami EN; zresztą podobne zastrzeżenie dotyczy tłumaczenia norm IEC.

Rys. 1. Tempo wdrażania Norm Europejskich do zbioru Polskich Norm

Od ponad roku zeszyty miesięcznika „Normalizacja” zawierają tasiemcowe wykazy „Normy europejskie przewidziane do uznania za PN” z podaniem krótkich, jednomiesięcznych terminów zgłaszania uwag, a nowsze zeszyty − wykazy „Normy europejskie uznane za Polskie Normy”. Znaczna część to normy elektrotechniczne, dotyczące wszelkich działów elektrotechniki i zakresów działania niemal wszystkich komitetów technicznych, jak technika świetlna, kable i przewody, materiały elektroizolacyjne i próby środowiskowe, instalacje elektryczne, sprzęt elektroinstalacyjny, sprzęt powszechnego użytku, energoelektronika, automatyka i robotyka przemysłowa, bezpieczniki, aparatura rozdzielcza i sterownicza, systemy alarmowe, chemiczne źródła prądu, trakcja, urządzenia w wykonaniu przeciwwybuchowym itd.

Tylko elektrycy otrzymują w roku 2002 ponad tysiąc norm europejskich w języku angielskim, które PKN uznaje za Polskie Normy PN-EN. Jest wśród nich sporo norm przedmiotowych interesujących w kraju zaledwie po kilka lub kilkanaście osób, pracowników laboratoriów badawczych albo konstruktorów, osoby dobrze znające język angielski, które i dotychczas posługiwały się oryginałami wielu norm IEC lub EN w braku zaufania do trafności tłumaczenia polskiego. Za przykład norm interesujących nielicznych elektryków, które tłumaczenia w ogóle nie wymagają, może posłużyć norma:

EN 60682:1993 Standard method of measuring the pinch temperature of quartz-tungsten-halogen lamps (IEC 60682:1980 + A1:1987). Metoda pomiaru temperatury spłaszcza żarówek halogenowych ze szkła kwarcowego.

Wśród wspomnianych norm europejskich przyjmowanych w języku oryginału jest jednak również wiele norm ważnych dla najliczniejszej grupy elektryków zajmujących się instalacjami i urządzeniami elektrycznymi. Niech przykładem będą chociażby następujące normy:

• EN 1837:1999 Safety of machinery. Integral lighting of machines. Bezpieczeństwo maszyn. Oświetlenie własne maszyn. Norma zharmonizowana z Dyrektywą 98/37/EC.

• EN 1838:1999 Lighting applications. Emergency lighting. Zastosowania oświetlenia. Oświetlenie awaryjne.

• EN 61140:2001 Protection against electric shock − Common aspects for installation and equi­p­ment. Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym − Wspólne aspekty instalacji i urządzeń. PN sprzeczne, wycofywane: PN-92/E-05031, PN-E-05032:1994.

• HD 625.1 S1:1996 Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Part 1: Principles, requirements and tests (IEC 60664-1:1992, modified). Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych niskiego napięcia. Część 1: Zasady, wymagania i badania. Norma zharmonizowana z Dyrektywą 73/23/EEC. PN sprzeczna, wycofywana: PN-IEC 664-1:1998.

• EN 50014:1997 + A1:1999 + A2:1999 Electrical apparatus for potentially explosive atmospheres − General requirements. Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem − Wymagania ogólne i metody badań. Norma zharmonizowana z Dyrektywą 94/9/EC. Z tą normą są związane liczne normy dotyczące poszczególnych rodzajów osłon (EN 50015, EN 50016, EN 50017, EN 50018, EN 50019, EN 50021, EN 50028, EN 50039) również przyjmowane metodą noty uznaniowej.

Uznanie dziś, pod naciskiem okoliczności, oryginalnej wersji normy EN za Polską Normę nie zamyka możliwości przetłumaczenia jej w przyszłości i ustanowienia polskiej wersji normy PN-EN, ale z różnych powodów będzie to można czynić tylko w odniesieniu do nielicz­nych norm. Po pierwsze, musi się znaleźć ktoś, kto za to zapłaci, bo pieniędzy brakuje nawet na tłumaczenie norm zharmonizowanych z dyrektywami nowego podejścia i innych norm związanych z ochroną życia i zdrowia ludzkiego oraz z ochroną środowiska. Po drugie, wymaga to czasu, bo „możliwości przerobowe” komitetów technicznych muszą być zaangażowane przede wszystkim we współpracę międzynarodową nad projektami nowych norm i ew. tłumaczenie bieżąco ustanawianych norm europejskich. Nie można bez końca nadrabiać zaległości kosztem ważnych prac bieżących, dających możliwość wpływania na treść przyszłych norm europejskich.

W wykazach „Normy europejskie przewidziane do uznania za PN” są przy licznych pozycjach wymienione „PN sprzeczne”, które jednocześnie są wycofywane. W przypadku wielu dotychczasowych norm PN chodzi o drobne rozbieżności, których nie byłoby, gdyby w minionych latach niektóre komitety techniczne nie upierały się przy tłumaczeniu norm IEC zamiast przyjmować za podstawę dokumenty europejskie EN i HD. Uszło uwagi, że tylko niespełna 60 % norm europejskich EN z zakresu elektrotechniki jest identycznych z normami międzynarodowymi IEC, pozostałe bazując na dokumentach IEC wprowadzają istotne zmiany merytoryczne albo są oryginalnymi opracowaniami CENELEC. Rezultat będzie teraz taki, że trzeba kupić i przestudiować kilkudziesięciostronicową normę EN w językach oryginału, aby wychwycić w wycofywanej normie − poza błędami tłumaczenia − kilka zmienionych postanowień lub wyjaśnień.

Wspomniany wyżej zarzut dotyczy również powszechnie wykorzystywanej wieloarkuszowej normy PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych”, która jest nieudolnym tłumaczeniem dokumentów IEC, a nie dokumentów EN bądź HD. Z tej serii po roku 2000 ukazały się następujące arkusze:

• PN-IEC 60364-4-444:2001 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed przepięciami. Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) w instalacjach obiektów budowlanych.

• PN-IEC 60364-5-523:2001 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów.

• PN-IEC 60364-5-548:2001 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Układy uziemiające i połączenia wyrównawcze instalacji informatycznych.

• PN-IEC 60364-5-52:2002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Oprzewodowanie.

Trwają prace nad następującymi arkuszami (w kolejności zaawansowania):

• PrPN-IEC 60364-5-551 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Inne wyposażenie. Niskonapięciowe zespoły prądotwórcze.

• PrPN-IEC 60364-7-714 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Instalacje oświetlenia zewnętrznego.

• PrPN-IEC 60364-5-559 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Inne wyposażenie. Oprawy oświetleniowe i instalacje oświetleniowe.

• PrPN-IEC 60364-5-534 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Urządzenia do ochrony przed przepięciami.

• PrPN-IEC 60364-7-717 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Zespoły ruchome i przewoźne.

Niezależnie od tego szybko powinny być znowelizowane niektóre dotychczas ustanowione arkusze albo ze względu na niezliczone poważne błędy tłumaczenia (arkusz 523), albo ze względu na duże zmiany w oryginalnych dokumentach IEC (arkusz 701), a w dalszej kolejności będą podjęte prace nad arkuszami:

• IEC 60364-7-718 Electrical installations of buildings. Requirements for special installations or locations. Floor and ceiling heating systems.

• IEC 60364-7-718 Electrical installations of buildings. Requirements for special installations or locations. Communal facilities and workplaces.

3. Normy Stowarzyszenia Elektryków Polskich (N SEP-E)

Kraje członkowskie Unii mają prawo − pod określonymi rygorami − opracowywać i ustanawiać normy krajowe (normy własne), nie mające odpowiednika w zbiorze norm EN. Polski Komitet Normalizacyjny nie zamierza tego czynić przez najbliższych kilka lat, aby wszystkie siły i środki przeznaczyć na dalsze przejmowanie norm EN. Upoważnił natomiast Stowarzyszenie Elektryków Polskich do ustanawiania Norm SEP w dziedzinach, w których brak jakichkolwiek dokumentów normatywnych (EN, IEC, PN) jest dokuczliwy. W przyszłości można by rozważać podniesienie rangi normy SEP do normy PN własnej. Zapowiedzią takich dokumentów są wydane w roku 2002 dwie prenormy SEP (0001 i 0002, o tytułach, jak w poniższym wykazie).

W listopadzie 2002 r., na mój wniosek, zrezygnowano z formy prenormy. Będą wydawane wyłącznie Normy SEP, dokumenty o nazwie sugerującej wyższą rangę. W trakcie prac przepisowych mogą być publikowane, np. w Biuletynie SEP „Informacje o Normach i Przepisach Elektrycznych”, projekty Norm SEP (PrN SEP-E). Trwają aktualnie prace nad następującymi projektami:

• N SEP-E-001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.

• N SEP-E-002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych. Podstawy planowania.

• N SEP-E-003 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi w izolacji oraz przewodami w osłonie izolacyjnej.

• N SEP-E-004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.

• N SEP-E-005 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Przewody izolowane o napięciu znamionowym do 1 kV.

Niestety, rokowania nie są dobre. Nadzorująca te prace Centralna Komisja Norm i Przepisów Elektrycznych SEP składa się z osób raczej przypadkowych, bez doświadczenia w pracach przepisowych albo z doświadczeniem najgorszym, bo znalazł się tam największy szkodnik i krętacz przepisowy. Autorzy projektów norm mają kłopoty ze sformułowaniem na piśmie swoich myśli, większość członków CKNiPE nie potrafi tych tekstów ocenić ani nawet zrozumieć zgłaszanych uwag krytycznych. Rozstrzygający jest zatem wynik bezmyślnego głosowania. Zważywszy, że ludzie rozsądni zawsze są w mniejszości, rezultat łatwo przewidzieć. Zanosi się na to, że Normy SEP, wydawane przez COSiW SEP, będą miały taki poziom, jak większość publikacji tego wydawnictwa.

4. Szczegółowe problemy techniczne zgłoszone przez uczestników spotkania

4.1. Prąd wyłączający zabezpieczenia dokonującego samoczynnego wyłączania zasilania dla celów ochrony przeciwporażeniowej

Pytania:

Jak przyjmować czasy wyłączania bezpieczników (0,2; 0,4; 5 s) ze względu na współczynnik „k”? Czy 5 s przyjmować dla wewnętrznego zasilania (wewnętrznej linii zasilającej?) czy dla rozdzielni nn?

Dla wyłączników starszego typu L, K, H i nowszych B, C, D przyjmuje się dla niektórych charakterystyk (typu D) współczynnik k=20 i wówczas jest bardzo trudno osiągnąć wymaganą małą impedancję pętli zwarciowej. Czy można przyjąć współczynnik „k” mniejszy (z zakresu 10÷20)?

Ochrona przeciwporażeniowa w układach z energoelektrycznymi aparatami łączeniowymi.

Największy dopuszczalny czas samoczynnego wyłączania zasilania dla celów ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach o układzie TN jest określony w normie PN-IEC 60364-4-41 (pkt 413.1.3.2 ÷ 413.1.3.5). W rozpowszechnionym w Polsce układzie TN o napięciu 230/400 V wynosi on:

• 0,4 s w obwodach odbiorczych (zasilających bezpośrednio odbiorniki),

• 5 s w obwodach rozdzielczych, a także - jako odstępstwo od zasady − w obwodach odbiorczych zasilających odbiorniki zainstalowane na stałe, jeśli wykaże się, że w razie zwarcia L-PE u ich końca, w zasilanych z tej samej rozdzielnicy obwodach odbiorczych, dla których wymaga się czasu wyłączania 0,4 s, występujące długotrwale napięcie dotykowe nie przekracza wartości dopuszczalnej 50 V.

Rys. 2. Wyznaczanie prądu wyłączającego Ia wkładki bezpiecznikowej dla wymaganego czasu wyłączania (np. 0,4 s) na podstawie określonego w normie przed­miotowej pasma czasowo-prądowego wkładek topikowych tp - czas przedłukowy, tw - czas wyłączania

Prądu wyłączającego I_a wkładek bezpiecznikowych, czyli najmniejszego prądu zapewniającego wyłączenie w wymaganym czasie, nie potrzeba każdorazowo odczytywać z charakterystyk czasowo-prądowych t-I. Dla najbardziej popularnych klas bezpieczników normy przedmiotowe podają pasma czasowo-prądowe (rys. 2), w których powinny się zmieścić czasowo-prądowe pasmowe charakterystyki produkowanych wkładek, dla innych klas - podają tylko wybrane punkty graniczne, pomiędzy którymi pasmowa charakterystyka t-I powinna przebiegać.

Na przykład dla wkładek instalacyjnych klasy gG pełne pasma czasowo-prądowe można znaleźć w normie PN-IEC 269-3-1. Dysponując nimi można dla potrzebnych czasów samoczynnego wyłączania zasilania (0,4 s; 5 s) wynotować prąd wyłączający I_a (rys. 2) albo jego krotność k = I_a/I_n w stosunku do prądu znamionowego wkładki i następnie korzystać z takich danych nie oglądając samych charakterystyk (tabl. 1). Jest to właściwsze niż posługiwanie się charakterystykami t-I z katalogów lub zaleceniami producenta, bo z czasem może dojść do wymiany wkładek na wkładki tej samej klasy i o tym samym prądzie znamionowym, ale pochodzące od innego producenta, a przecież nie powinno to stawiać pod znakiem zapytania skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.

Każda rozdzielnica (główna rozdzielnica budynku, tablica rozdzielcza mieszkaniowa lub w budynku użyteczności publicznej) i każdy obliczeniowy punkt rozdziału (ostatnia skrzynka piętrowa z odgałęzieniami od wlz) znajdują się na końcu obwodu rozdzielczego i zwarcie L-PE w nich powinno być wyłączane przed upływem 5 s.

Powyższe zalecenia dotyczą instalacji budynków, natomiast w odniesieniu do sieci rozdzielczych zasilających budynki z połączeniami wyrównawczymi głównymi projekt normy PrN SEP-E-001 dopuszcza czas samoczynnego wyłączania zasilania znacznie dłuż­szy niż 5 s, wynikający z przyjęcia prądu wyłączającego I_a = 2⋅I_n, zaledwie dwukrotnie większego niż prąd znamionowy bezpiecznika I_n (k = 2). Jest to wartość pośrednia między wartością I_a = 1,6⋅I_n przyjmowaną w Niemczech, a wartością I_a = 2,5⋅I_n przyjętą kilka lat temu w projekcie przepisów. Oczywiście w każdym z tych przypadków wolno zastosować tylko bezpieczniki o pełnozakresowej zdolności wyłączania, oznaczone małą literą „g” (wkładki klasy gG, w wyjątkowych przypadkach gF, a tuż za transformatorem − gTr).

Tablica 1. Warunki samoczynnego wyłączania zasilania przez wkładki bezpiecznikowe klasy gG, gL lub gM w układzie TN zależnie od wymaganego czasu wyłączania (5 s bądź 0,4 s): prąd wyłączający I_a wkładek oraz największa dopuszczalna impedancja pętli zwarciowej Z_s w układzie o napięciu fazowym 230 V

Prąd znamionowy wkładki	5 s		0,4 s
	Ia	Zs	Ia	Zs
A	A	Ω	A	Ω
2 4 6	9,5 19 28	24,2 12,1 8,21	17 32 50	13,5 7,19 4,60
10 16 20	48 70 86	4,79 3,29 2,67	80 120 150	2,88 1,92 1,53
25 32 40	115 150 200	2,00 1,53 1,15	210 250 300	1,10 0,920 0,767
50 63 80	250 330 430	0,920 0,697 0,535	460 610 800	0,500 0,377 0,288
100 125 160	580 715 950	0,397 0,322 0,242	1050 1300 1800	0,219 0,177 0,128

Prądem wyłączającym I_a wyłącznika nadprądowego instalacyjnego jest gwarantowany przez wytwórcę prąd zadziałania wyzwalacza zwarciowego I₄. Jest to zatem najmniejsza wartość prądu (wartość skuteczna przy prądzie przemiennym) płynącego przez wyłącznik, która (z poziomem ufności praktycznie równym 100 %) powoduje pobudzenie członu zwarciowego i otwarcie wyłącznika. Jest to zatem górna granica dopuszczalnego pasma rozrzutu rzeczywistego prądu zadziałania wyzwalacza zwarciowego populacji wyłączników o identycznych parametrach (rys. 3).

Rys. 3. Charakterystyka czasowo-prądowa (t-I) wyłącznika nadprądowego instalacyjnego o prądzie znamionowym ciągłym In Ia = I4 - prąd wyłączający wyłącznika

Tablica 2. Prądy charakteryzujące działanie członu zwarciowego nadprądowego wyłącznika instalacyjnego o prądzie znamionowym I_n poddanego przepływowi prądu przemiennego

Typ charakterystyki	Prąd niezadziałania I3	Prąd zadziałania I4	Prąd nastawczy	Pasmo rozrzutu %
(A)	2⋅In	3⋅In	2,45⋅In	± 22
B	3⋅In	5⋅In	3,9⋅In	± 28
C	5⋅In	10⋅In	7,1⋅In	± 41
D ^1)	10⋅In	20⋅In	14⋅In	± 41
	10⋅In	50⋅In	-----	----
^1) Norma określa wymagania co do prądu niezadziałania (10⋅In) i prądu zadziałania (50⋅In), a wytwórcy wyłączników wykorzystują część tego zakresu, zwykle (10÷20)⋅In.

Dolna granica tego dopuszczalnego pasma rozrzutu rzeczywistego prądu zadziałania jest to prąd niezadziałania wyzwalacza zwarciowego I₃, czyli największa wartość prądu płynącego przez wyłącznik, która (z poziomem ufności praktycznie równym 100 %) nie powoduje zadziałania członu zwarciowego i otwarcia wyłącznika. Wartość tę trzeba tak dobrać, aby - ze współczynnikiem bezpieczeństwa (np. 1,2) − była większa niż wszelkie możliwe prądy załączeniowe w obwodzie.

Tablica 3. Niektóre dawniejsze charakterystyki nadprądowych wyłączników instalacyjnych (w porządku alfabetycznym) i odpowiadające im prądy zadziałania wyzwalaczy zwarciowych

Typ charakterystyki	Prąd niezadziałania I3	Prąd zadziałania I4	Uwagi
F		10⋅In
G	6⋅In	10⋅In	Geräteschutz
H	2⋅In	3⋅In	CEE Publ.19, Haushalt-Leitungsschutz
K	(5÷10)⋅In	(10,5÷14)⋅In	Kleinmotorenschutz
K	7⋅In	10⋅In	FAEL
L	4⋅In	6⋅In	VDE 0641/3.64 Lichtstromkreisschutz, Leitungschutz
L	2,4⋅Ich	3,5⋅Ich	FAEL
R	2,0⋅In	3,0⋅In	Rapid
S		14⋅In	Steuerstromkreisenschutz
U		10⋅In	CEE Publ. 19 z roku 1959
U	3,5⋅ Ich	8⋅ Ich	CEE Publ. 19.2 z roku 1976, FAEL
V	7⋅In	12⋅In
Z		3⋅In	Do zabezpieczania diod krzemowych

Oba prądy, prąd niezadziałania I₃ oraz prąd zadziałania I₄ wyzwalacza zwarciowego, wytwórca może gwarantować rozmaicie:

• podając osobno obie wartości, bezpośrednio w amperach albo jako krotność prądu znamionowego wyłącznika I_n, albo − w przypadku nadprądowego wyłącznika instalacyjnego − w sposób umowny, określając typ charakterystyki, przy czym I_a = I₄ (tabl. 2),

• dotrzymując − w przypadku wyłączników energoelektrycznych o dużym prądzie znamionowym (wyłączników sieciowych i stacyjnych) − dopuszczalnego pasma rozrzutu rzeczywistego prądu zadziałania wyzwalaczy bądź przekaźników zwarciowych, które według normy wynosi ± 20 %. Prąd wyłączający Ia wyłącznika o wyzwalaczach zwarciowych nastawionych na prąd I_mr wynosi zatem Ia = 1,2⋅ I_mr.

Od podanych zasad dla wyłączników nie ma odstępstw. Trudno wymagać od wyzwalacza zwarciowego, by działał wbrew prawom fizyki tylko dlatego, że projektant ma kłopoty ze spełnieniem warunku samoczynnego wyłączania zasilania. Właściwym wyjściem niekoniecznie jest wtedy wprowadzanie wyłączników różnicowoprądowych w najmniej odpowiednich sytuacjach, lecz przede wszystkim − stosowanie połączeń wyrównawczych zgodnie z postanowieniem 413.1.3.6 arkusza 41.

W przypadku wyłączników nadprądowych instalacyjnych starszego typu różnorodność charakterystyk była większa, a dawniejsze wartości prądów I₃ oraz I₄ (tabl. 3) nie mają dokładnych odpowiedników w nowych oznaczeniach typu charakterystyki.

4.2. Uziemienia wspólne czy oddzielne?

Pytanie: Czy uziemienie robocze i ochronne może być wspólne czy musi być oddzielne?

Pytanie jest nieprecyzyjne. Może dotyczyć urządzenia elektronicznego klasy ochronności I, które poza przewodem ochronnym PE przyłączonym do zacisku ochronnego i części przewodzących dostępnych, może wymagać uziemienia roboczego określonej części czynnej (np. dla ochrony przeciwzakłóceniowej) za pomocą przewodu FE i rozważana jest możliwość użycia jednego wspólnego przewodu FPE.

Może dotyczyć stacji transformatorowo-rozdzielczej SN/nn (np. 15/0,42 kV), w której uziemienie ochronne urządzeń wysokiego napięcia i uziemienie robocze układu niskiego napięcia można wykonać jako wspólne bądź jako oddzielne.

Rys. 4. Skutki zwarcia doziemnego w urządzeniach wysokiego napięcia stacji zasilającej sieć TN. Wspólne uziemienie ochronne urządzeń WN i robocze sieci nn. U0 - napięcie fazowe sieci nn

W każdej podobnej sytuacji wszelkie uziemienia (robocze, ochronne, odgromowe i inne) w zasadzie należy wykonywać jako wspólne, bo jest to rozwiązanie tańsze, a ponadto w aglomeracjach miejskich i na terenie zakładów przemysłowych oddzielenie uziemień może być trudne, a nawet niewykonalne. Decyzja o wykonaniu uziemień oddzielnych powinna być podejmowana tylko w razie konieczności i powinna być przekonująco uzasadniona. Trzeba nie tylko uzasadnić celowość poniesienia większych kosztów, ale również objaśnić, jak zamierza się ograniczyć różne niekorzystne następstwa rozdzielenia uziemień.

Ilustracją niech będzie wspomniany dylemat wspólnych bądź oddzielnych uziemień ochronnych WN i roboczych nn w stacji zasilającej niskonapięciową sieć TN (rys. 4 i 5). W obu przypadkach kontrolować trzeba skutki zwarcia doziemnego po stronie WN stacji: napięcie względem ziemi U₁ w urządzeniach nn stacji, napięcie względem ziemi U₂ w instalacjach odbiorczych oraz napięcie dotykowe spodziewane U₂ w instalacjach odbiorczych.

Rys. 5. Skutki zwarcia doziemnego w urządzeniach wysokiego napięcia stacji zasilającej sieć TN. oddzielne uziemienie ochronne urządzeń WN i robocze sieci nn.

Łatwo zauważyć, porównując oba warianty (rys. 4 i 5), że nie ma rozwiązania idealnego, każde ma jakąś wadę. Napięcie uziomowe odkłada się raz w jednym, raz w innym miejscu, ale nie jest ono jednakowe, bo pamiętać trzeba, że zwykle R_B << R_E.

4.3. Okresowe badanie uziemień instalacji piorunochronnej

Pytanie:

Czy przy badaniu piorunochronów należy odkopać 10 % uziomów? Jest to często bardzo trudne z uwagi na zabetonowane powierzchnie. Czy w przypadku małej oporności uziomów można pominąć odkopywanie?

Pytanie nawiązuje do normy PN-86/E-05003/01 „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne”, która w rozdziale 5 odnośnie do badania urządzeń piorunochronnych w punkcie 5.2.4 stanowi: „Sprawdzenie stanu uziomów polega na losowym wybraniu co najmniej 10 % połączeń przewodu uziemiającego z uziomem, odkopaniu go i sprawdzeniu stopnia skorodowania.”. Po pierwsze, chodziło nie o 10 % uziomu (długości uziomu?), lecz o odkopanie co dziesiątego połączenia przewodu uziemiającego (odprowadzającego) z uziomem, wybranego losowo. Po drugie, uziomów lepiej nie pogrążać w miejscach, które mają być zabetonowane.

Nowsza norma PN-IEC 61024-1-2:2002 „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Część 1-2: Zasady ogólne. Przewodnik B - Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych” wymaga, aby drogą oględzin stwierdzić, że:

„ …

• żadna część urządzenia nie została osłabiona przez korozję, zwłaszcza na poziomie ziemi;

• wszystkie połączenia z uziomem są nie naruszone; …”

Są to wymagania sformułowane bardziej kategorycznie: żadna część, wszystkie połączenia. Wprawdzie nie pisze się bezpośrednio o odkopywaniu, ale jak inaczej sprawdzić, czy „wszystkie połączenia z uziomem są nie naruszone”. Skoro w normie są błędy ortograficzne („nienaruszone” należy pisać łącznie), to można podejrzewać i inne usterki, zwłaszcza błędy tłumaczenia oryginału IEC, tak powszechne w normach pochodzących z Komitetu Technicznego nr 55.

W przepisach i zaleceniach niemieckich spotyka się wymaganie, by sprawdzać postępy korozji uziomu przez jego „punktowe” odkopywanie: Bestehende Erdungsanlagen können hinsichtlich der Korrosionseinwirkungen nur durch punktuelle Aufgrabungen geprüft werden.

Wartość rezystancji uziemienia nie świadczy o stopniu korozji uziomu, bo w niewielkim stopniu zależy ona od wymiarów poprzecznych uziomu. Dobrym wskaźnikiem byłaby rezystancja samego uziomu, mierzona między jego końcami i jest na to patent prof. S. Szpora, dotyczący uziomów poziomych odpowiedniej konfiguracji, ale - o ile wiadomo- nie znalazł on szerszego praktycznego zastosowania.

4.4. Stan izolacji kabli

Pytanie:

Dla kabli o izolacji gumowej wymaga się rezystancji izolacji 75 MΩ/1km. Jaka jest norma dla kabla o długości innej niż 1 km?

Rezystancje izolacji umyślonych fragmentów odcinka kabla są ze sobą połączone równolegle. Zatem im dłuższy odcinek, tym w zasadzie mniejsza wymagana rezystancja izolacji.

Jeżeli wymaga się rezystancji izolacji 75 MΩ dla odcinka o długości 1 km, to wymaga się tej samej wartości również dla odcinka krótszego. Natomiast dla odcinka dłuższego, o długości L wyrażonej w kilometrach, wymaga się rezystancji izolacji w megaomach nie mniejszej niż 75/L.

4.5. Wskaźnik absorpcji izolacji transformatora

Pytanie:

Przy badaniu transformatorów energetycznych norma wymaga wskaźnika absorpcji R₆₀/R₁₅= 1,15. Czy konieczna jest wymiana oleju, jeśli z pomiarów wynika wartość 1,1?

Jaka norma? Przypuszczalnie chodzi o unieważnione zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki z dnia 17 lipca 1987 r. w sprawie szczegółowych zasad eksploatacji sieci elektroenergetycznych, które w załączniku podaje najmniejszą dopuszczalną wartość wskaźnika absorpcji 1,15 dla transformatorów olejowych o mocy 100÷1600 kVA. Warto zauważyć, że jest to wartość wyjątkowo mała, bo w przypadku układów izolacyjnych transformatorów o większej mocy znamionowej wymaga się wartości większych, od 1,2 do 2,0.

Norma PN-E-04700:1998 „Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych” wymagała wartości 1,3÷2,0 zależnie od układu izolacyjnego transformatora, o który chodzi, ale ten fragment normy (pkt 4.3.3) został anulowany. Przydatność wskaźnika absorpcji do oceny stanu izolacji transformatorów małej mocy (≤ 1000 kVA) jest wątpliwa.

Nie można jednocześnie uznawać właściwość i autorytet określonych norm bądź przepisów technicznych i elastycznie traktować ich postanowienia. Byłby to przejaw falandyzacji i tej dziedziny norm prawnych oraz uznanych reguł technicznych.

Jeśli parametry oleju izolacyjnego są niedopuszczalnie niskie, nie oznacza to konieczności jego wymiany. Można olej oczyścić z obcych ciał stałych przez filtrowanie, a z wody − przez wirowanie. Trzeba też pamiętać, że układ izolacyjny transformatorowa jest złożony i na wyniki badań ma wpływ nie tylko stan oleju.

4.6. Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa elektrycznego wyposażenia oczyszczalni ścieków i stacji uzdatniania wody

Pytania:

Ochrona od wyładowań atmosferycznych urządzeń pomiarowych (czujników) w wielkopowierzchniowych odkrytych zbiornikach ścieków/wody.

Kompleksowa ochrona przeciwprzepięciowa w rozproszonych obiektach, np. oczyszczalni ścieków i ujęć wody.

Pytania są bardzo ogólne, pełna odpowiedź wymagałaby cyklu wykładów bądź napisania broszury. Oczywiście obowiązują ogólne zasady ochrony, jednakże z uwzględnieniem specyfiki obiektów, o które chodzi.

Ochroną przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, w postaci urządzenia piorunochronnego, obejmuje się budynek dyspozytorni, rzadziej inne obiekty. Niektóre osadniki, reaktory i inne zbiorniki bądź komory mają stalowe wieżyczki, pomosty i inne konstrukcje usytuowane wyżej niż ich otoczenie. Elementy te są uziemione, ale trudno je traktować jako zwody, bo strefy osłonowe, jakie można by im przypisać, nie są duże. Poza wspomnianymi w pytaniu urządzeniami pomiarowymi, rozproszone w terenie mogą być kosztowne napędy przekształtnikowe. Należałoby chyba na nowo rozważyć właściwy zakres ochrony takich obiektów przed bezpośrednim uderzeniem pioruna.

Obwodom energetycznym i sygnałowym grożą nie tylko przepięcia generowane przez ich wyposażenie, ale również przepięcia indukowane przy bliskim uderzeniu pioruna i przepięcia przewodzone przez zasilające elektroenergetyczne linie napowietrzne. Narażenia są duże ze względu na rozległość tych obiektów i wielkopowierzchniowe pętle przewodowe.

Obowiązuje koncepcja strefowej ochrony przeciwprzepięciowej obwodów energetycznych i obwodów sygnałowych wprowadzanych do budynku dyspozytorni: instalowanie odpowiednich ograniczników przepięć na wejściu do każdej strefy oraz rygorystyczne wyrównywanie potencjałów, obejmujące również uziom fundamentowy budynku i metalową konstrukcję bądź zbrojenie budynku.

Projektant obiektu powinien przestrzegać podstawowej zasady sztuki lekarskiej primum non nocere (przede wszystkim nie szkodzić). Wszystko można zepsuć lokując dyspozytornię i inne wrażliwe wyposażenie elektroniczne na najwyższej kondygnacji wielopiętrowego budynku albo układając okablowanie na terenie zewnętrznym chaotycznie, bez kontrolowania tworzonych pętli przewodowych. O ochronie przeciwprzepięciowej takich obiektów trzeba myśleć, kiedy projektant-technolog podejmuje pierwsze decyzje projektowe, a nie wtedy, kiedy w obiekcie oddanym do użytku dochodzi do zniszczenia kosztownej elektroniki.

Stan nauki i techniki to pojęcie szersze niż uznane reguły techniki, bo obejmuje również zasady wiedzy jeszcze nie ujęte w normach i przepisach [2].

PKN usprawiedliwiał to koniecznością likwidacji całego zbioru Norm Branżowych BN w pierwszej połowie lat 90. Część norm BN została przeniesiona do zbioru PN, część przekształcona w dokumenty normatywne zakładowe (dawniej Normy Zakładowe ZN), a część - unieważniona.

Według dyrektywy 83/189/EEC kraje członkowskie Unii są zobowiązane notyfikować w Komisji Europejskiej wszelkie projekty opracowywanych norm krajowych i przepisów technicznych przed ich ustanowieniem. Jeżeli na szczeblu europejskim rozpoczęły się prace normalizacyjne na określony temat w następstwie tzw. mandatu Komisji Europejskiej, to kraje członkowskie są obowiązane zaprzestać własnych prac na ten temat przez określony okres wstrzymania (ang. standstill).

Spotkanie szkoleniowe firmy INFOTECH

Jurata, 22-24 maja 2003 r.

2

---