Ochrona przeciwporażeniowa

(aktualizacja: 22.02.2009 r.)

Spis treści:

• ochrona przeciwporażeniowa

• zagrożenia od elektryczności statycznej

• czynniki wpływające na stopień porażenia

• rodzaje ochron przeciwporażeniowych

• warunki środowiskowe

• stopnie ochrony

• klasy ochronności

• Zakresy napięć

1. Ochrona przeciwporażeniowa

1.1. Zagrożenia towarzyszące występowaniu elektryczności statycznej i energii elektrycznej

Powszechne stosowanie urządzeń zasilanych energią elektryczną niesie ze sobą rożnego rodzaju zagrożenia zarówno dla człowieka jak i jego środowiska, np.:

-szkodliwe oddziaływanie elektryczności statycznej na człowieka i procesy technologiczne,

-porażenia oraz oparzenia prądem i łukiem elektrycznym,

-zagrożenia pożarowe i wybuchowe,

-szkodliwe oddziaływania silnych pól elektrycznych i elektromagnetycznych,

Organizacyjne i techniczne metody zapobiegania zagrożeniom.

Zagrożeń tych nie zawsze można uniknąć, ale można i trzeba zmniejszać zarówno ryzyko ich występowania, jak i skutki wypadków elektrycznych. Przyczyną ok. 70% wypadków elektrycznych jest niewłaściwe postępowanie człowieka, wynikające najczęściej z braku umiejętności lub lekkomyślności. W celu eliminacji zagrożeń i ograniczenia skutków wypadków stosuje się organizacyjne i techniczne środki zapobiegawcze.

1.2. Organizacyjne środki zapobiegawcze to:

1) popularyzacja sposobów i zasad bezpiecznego użytkowania energii elektrycznej,

2) szkolenie wstępne i okresowe wszystkich pracowników użytkujących urządzenia elektryczne,

3) szkolenie wstępne i okresowe pracowników obsługujących urządzenia elektryczne,

4) wymagania kwalifikacyjne dla pracowników obsługujących urządzenia elektryczne,

5) instrukcje dotyczące eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych,

6) tablice i znaki bezpieczeństwa

7) zasady i procedury wykonywania prac przez elektryków

8) badania eksploatacyjne okresowe urządzeń elektrycznych i technicznych środków ochronnych

9) szkolenie w zakresie udzielania pierwszej pomocy przy porażeniach

10) przestrzeganie zasad i przepisów bezpieczeństwa pracy dotyczących organizacji prac przy urządzeniach elektrycznych, w tym zwłaszcza stosowania modelu obejmującego 5 podstawowych (złotych) reguł bezpieczeństwa:

wyłączyć - zablokować - sprawdzić - uziemić - wygrodzić

1.3. Techniczne środki zapobiegawcze

1) środki dotyczące budowy urządzeń i instalacji elektrycznych

2) środki ochrony przeciwporażeniowej:

a) równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim,

b) ochrona przed dotykiem bezpośrednim,

c) ochrona przy dotyku pośrednim.

3) sprzęt ochronny izolacyjny i narzędzia izolowane, użytkowane przez elektryków obsługujących urządzenia

    elektryczne.

1.4. Ochrona przeciwporażeniowa w instalacjach elektrycznych do 1 kV

Ochrona przeciwporażeniowa w instalacjach elektrycznych do 1 kV to przede wszystkim ochrona przed:

- porażeniem prądem elektrycznym,

- prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi,

- przepięciami łączeniowymi i pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych

- skutkami cieplnymi.

Przepisy ochrony przeciwporażeniowej, zawarte w normie PN-HD 60364-4-41:2007 Instalacje elektryczne niskiego napięcia - Część 4.41. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa - Ochrona przeciwporażeniowa, są przede wszystkim odzwierciedleniem rozpoznania skutków przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie oraz dostępnych środków ochrony.

1.8 Rodzaje zagrożeń elektrycznością statyczną

Zagrożenia elektrycznością statyczną są spowodowane bezpośrednim oddziaływaniem pola elektrycznego wytwarzanego przez naelektryzowane obiekty lub oddziaływaniem wyładowań elektrostatycznych.

Wyróżnia się trzy rodzaje zagrożeń:

- niekorzystne oddziaływanie na człowieka

- zakłócenia procesów technologicznych

- pożarowo - wybuchowe

Podczas procesów technologicznych, w których występuje elektryzacja, wytwarzane jest pole elektrostatyczne o natężeniu rzędu 10 - 100 kV/m. Izolowane przedmioty metalowe znajdujące się w tym polu oraz same układy technologiczne mogą być źródłem porażeń elektrycznych człowieka, gdy dotknie on tych przedmiotów. Skutki tych porażeń są takie same jak przy rażeniach krótkotrwałymi jednokierunkowymi impulsami prądu stałego.

Oddziaływanie elektryczności statycznej na ludzi jest następujące:

- przebywanie pod wpływem pola elektrostatycznego przez dłuższy czas ma ujemny wpływ na stan zdrowia

  i samopoczucie ludzi,

- wyładowania elektrostatyczne powstają przy zbliżeniu do uziemionego obiektu; poza niemiłym lub groźnym

  uczuciem, wyładowania mogą prowadzić do urazów mechanicznych przy występujących odruchach.

 

Wyładowanie zwykłe jest słabo odczuwalne lub nieodczuwalne, a przy wyższych poziomach napięcia i energii (o energii ok. 250 mJ) może spowodować wystąpienie ciężkiego szoku, niebezpieczeństwo inicjacji wybuchu przy wyładowaniu z człowieka w warunkach zagrożenia wybuchowego lub pożarowego.

 

1.9 Środki ochrony przed elektrycznością statyczną

Środki ochrony przed elektrycznością statyczną powinny eliminować możliwość elektryzacji obiektów lub, jeżeli to niemożliwe, zapewniać bezpieczne odprowadzanie ładunków elektrycznych.

Najczęściej stosowane środki ochrony przed elektrycznością statyczną:

 

1) Uziemianie - stosuje się do odprowadzania ładunków elektryczności statycznej metalowych i przewodzących części urządzeń.

2) Antystatyzacja - polega na zmianie właściwości materiałów i substancji w celu zmniejszenia ich elektryzacji i gromadzenia się ładunków. Wprowadzenie do danej substancji odpowiedniej domieszki (tzw. antystatyka) lub naniesienie antystatyka na powierzchnię materiału (wykładziny antyelektrostatyczne) powoduje zwiększenie skrośnej lub powierzchniowej przewodności elektrycznej.

 

Przykłady antystatyzacji:

 

- Preparacja antystatyczna objętościowa - jest stosowana zwykle do cieczy, ma również zastosowanie do

  materiałów sypkich oraz tworzyw stałych,

- preparację antystatyczną powierzchniową - stosuje się przy produkcji i stosowaniu nieprzewodzacych

  materiałów stałych oraz folii, płyt, itp.,

-antystatyzację trwałą tkanin uzyskuje się przez odpowiedni dobór struktury włókien mieszanin tworzyw sztucznych z bawełną lub lnem. Antystatyzację okresową otrzymuje się przez preparację powierzchniową włókien w procesie produkcji. Jednak po kilkunastu praniach (co najmniej 10) właściwości antystatyczne okresowe zanikają i tkaniny podlegają znowu elektryzacji. Powszechna jest również antystatyzacja doraźna, uzyskiwana przez płukanie tkanin i odzieży.

3) Zwiększanie wilgotności powietrza - jest skutecznym środkiem ochrony przed gromadzeniem się ładunków elektrostatycznych tylko na tych materiałach, które wykazują właściwości powierzchniowego adsorbowania wody. Dla materiałów niehigroskopijnych, np. większości typowych tworzyw sztucznych, ten środek ochrony jest nieskuteczny. Zwiększenie wilgotności względnej powietrza (co najmniej do 70%) dokonuje się poprzez nawilżanie pomieszczeń lub stanowisk produkcyjnych (nawilżanie miejscowe).

4) Neutralizatory ładunku - służą do eliminacji ładunków elektrostatycznych występujących na powierzchniach płaskich lub walcowych, pasów napędowych itp. poprzez ich neutralizację zjonizowanym powietrzem.

5) Ekranowanie elektrostatyczne - polega na umieszczaniu uziemionej siatki metalowe] na powierzchniach izolacyjnych w celu zmniejszenia natężenia pola elektrycznego na stanowisku pracy,

6) Zmiany procesów technologicznych umożliwiające eliminację zagrożeń to:

- zmniejszenie szybkości procesów, np. zmniejszenie szybkości przepływu cieczy,

- zwiększenie pojemności obiektów względem ziemi,

- korekta procesów w celu pozbycia się źródeł generacji ładunków, np eliminacja rozbryzgiwania cieczy, pylenia

  materiałów sypkich,

- prowadzenie procesów w atmosferach obojętnych, np. nie zagrożonych wybuchem,

- dobór tworzyw na wykładziny, konstrukcje maszyn i urządzeń produkcyjnych w celu zmniejszenia elektryzacji

  stykających się z nimi obiektów oraz materiałów.

 

Zakłócenia procesów technologicznych

- Silne pola elektrostatyczne mogą powodować zakłócenia w działaniu aparatury kontrolno - pomiarowej, komputerów

  oraz we wszystkich urządzeniach elektronicznych zawierających elementy półprzewodnikowe.

Wyładowania elektryczności statycznej mogą uszkodzić elementy półprzewodnikowe. Wyładowania te może spowodować sam człowiek, kiedy jest naładowany i dotyka tych elementów.

 

Środki ochrony:

- prowadzenie procesów w atmosferach obojętnych, np. nie zagrożonych wybuchem,

- dobór tworzyw na wykładziny, konstrukcje maszyn i urządzeń produkcyjnych w celu zmniejszenia elektryzacji

  stykających się z nimi obiektów oraz materiałów.

Zagrożenie pożarowo-wybuchowe sprowadza się do tego, że wyładowanie elektrostatyczne jest jednym z możliwych źródeł inicjacji zapłonu. Przyjmuje się, że zagrożenie występuje, jeśli jest spełniony warunek:

W _w > kW_zmin

gdzie:

W_w-energia wyładowania elektrostatycznego;

k - współczynnik bezpieczeństwa

W_zmin- minimalna energia zapłonu

 

2. Czynniki wpływające na stopień porażenia

W ostatnich 30 latach nastąpił znaczny postęp w rozpoznaniu skutków rażenia człowieka prądem. Prowadzone w tym zakresie badania na ludziach i zwierzętach były przedmiotem szczegółowych analiz oraz raportów Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). W kolejnych wydaniach raportu 479 Komisji IEC opublikowane zostały uzgodnione poglądy, dotyczące reakcji organizmu człowieka na przepływ prądu przemiennego i stałego.

2.1 Oddziaływanie prądu na organizm ludzki może być pośrednie lub bezpośrednie:

Działanie pośrednie - to działanie bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy, jak:

- oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym,

- groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym,

- uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego,

- uszkodzenia mechaniczne ciała w wyniku upadku z wysokości.

Działanie bezpośrednie - porażenie elektryczne wskutek przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie ( prądu rażeniowego) może wywołać wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie (a nawet śmierć człowieka) poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych.

Porażenie elektryczne może objawiać się:

- odczuwaniem przepływu prądu, uczuciem bólu, lekkimi kurczami mięśni

- silnymi kurczami mięśni dłoni uniemożliwiającymi samouwolnienie się rażonego

- zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi

- zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi

- utratą przytomności

- migotaniem komór sercowych - bardzo groźnym dla życia człowieka

- oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała.

Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się przerażeniem, bladością, drżeniem ciała lub kończyn, nadmiernym wydzielaniem potu, stanem apatii lub euforii. Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu. Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie - od kilku minut do kilku miesięcy.

2.2 Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:

Rodzaju prądu

Badania wykazały, że ludzie są mniej wrażliwi na działanie prądu stałego (w zależności od kierunku jego przepływu) niż prądu przemiennego o takiej samej wartości, (w zależności od częstotliwości).

Czasu przepływu prądu

Czas przepływu prądu rażeniowego przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki rażenia prądem elektrycznym, a w szczególności na migotanie komór sercowych. Jeżeli czas przepływu nie przekracza 0,1 - 0,5 s, to następstwa rażenia są znacznie złagodzone, chociaż w pewnych warunkach środowiskowych mogą być bardzo groźne.

Drogi przepływu prądu przez ciało człowieka

Droga przepływu prądu rażenia przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki porażenia prądem elektrycznym, przy czym największe znaczenie ma to jaka część prądu przepływa przez serce i przez układ oddechowy.

Przy przepływie prądu na drodze:

• ręka-ręka  - przez serce przepływa 3,3% ogólnego prądu rażenia,

• lewa ręka-nogi - przez serce przepływa 3,7% ogólnego prądu rażenia,

• prawa ręka-nogi - przez serce przepływ 6,7% ogólnego prądu rażenia,

• noga-noga  - przez serce przepływa 0,4% ogólnego prądu rażenia.

Prawie dwukrotnie większy prąd przepływający przez serce na drodze prawa ręka - noga tłumaczy się tym, że oś podłużna serca leży właśnie na tej drodze.

Wartości natężenia prądu

Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie stałym wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe. Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie przemiennym, wynosi 10 mA. (dla kobiet. 6 rnA);

Kondycji psychofizycznej człowieka

Kondycja psychofizyczna człowieka ma duży wpływ na bezpieczeństwo porażenia, np. stan podniecenia porażonego powoduje wydzielanie się potu, a tym samym zmniejszenie rezystancji ciała i w konsekwencji wzrost natężenia  prądu rażenia. Takie stany psychiczne jak: roztargnienie, zdenerwowanie, zamroczenie alkoholem,   zmniejszają  zdolność   reagowania   porażonego  prądem elektrycznym. Stan fizyczny ma również wpływ na odporność organizmu, np. na stan osłabienia lub wyczerpania chorobowego.

2.3 Urazy spowodowane łukiem elektrycznym

Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe jest to wyładowanie elektryczne w gazie (np, w powietrzu) o bardzo dużej wartości gęstości prądu (od 10 A/m² do 100 kA/ m²). Łuk elektryczny powoduje jonizację gazu i termoemisję elektronów. Wskutek tego występuje strumień plazmy o bardzo dużej  temperaturze (10000 - 20000 K). Powstaje ciśnieniowa fala uderzeniowa, wywołana gwałtownym nagrzaniem się powietrza wzdłuż łuku, której siła uderzeniowa może osiągać wartość kilkudziesięciu kiloniutonów. Podczas łuku elektrycznego wytwarzane jest promieniowanie podczerwone (o długości fali 780 - 4000 nm) i nadfioletowe (200 - 380 nm).

Łuk elektryczny może wystąpić podczas zwarć w urządzeniach elektrycznych bądź wskutek braku ostrożności lub błędów człowieka, np. podczas przerywania obwodów elektrycznych.

Łuk elektryczny powoduje urazy wskutek:

- działania fali uderzeniowej

- oddziaływania termicznego i termiczno-mechanicznego

- promieniowania nadfioletowego i podczerwonego

- wystąpienia tzw. rażenia skojarzonego.

 

Łuk elektryczny może powodować następujące urazy:

1) uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub wskutek upadku,

2) oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku:

    - I stopnia - przy gęstości energii 10 J/cm²,

    - II stopnia - 20 J/cm²,

    - III stopnia - 40 J/cm²,

3) uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego

4) metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane  roztopionymi, gorącym

    cząstkami metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem gazów,

5) uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego,

6) ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego,

7) rozległe oparzenia, a nawet spalenia kończyn i innych części ciała ludzkiego, często kończące się śmiercią na

   skutek rażenia skojarzonego (prąd łuku elektrycznego przepływa przez ciało ludzkie).

Rażenia skojarzone zdarzają się w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, gdy człowiek zbliży się do urządzenia elektroenergetycznego na odległość, przy której możliwe jest przebicie warstwy izolacyjnej powietrza. Wtedy następuje wyładowanie iskrowe, które inicjuje wystąpienie łuku elektrycznego pomiędzy tym urządzeniem i najbliższą od urządzenia częścią ciała ludzkiego.

2.4 Strefy prądowo-czasowe reakcji patologicznych organizmu ludzkiego przy rażeniu prądem elektrycznym

Fibrylacja komór sercowych

Przepływ prądu elektrycznego bezpośrednio przez mięsień sercowy człowieka może spowodować zatrzymanie obiegu krwi wskutek wystąpienia fibrylacji (migotania) komór sercowych. Podczas fibrylacji komór sercowych ulega zmianie przebieg elektrokardiogramu i następuje spadek ciśnienia krwi.

Rys. 1. Fibrylacja komór sercowych

Podczas fibrylacji komór sercowych zamiast miarowych okresowych skurczów komór serca (60 — 70 na min) pojawiają się niemiarowe nieokresowe skurcze o częstotliwości 6 -10 Hz (400 - 600 na min). Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i przepływ krwi może zostać zatrzymany, co może spowodować w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s - utratę przytomności. Jeżeli proces ten trwa dłużej, to po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i początek śmierci klinicznej.

Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed upływem 3-5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa, Fibrylacja komór sercowych może ustąpić pod wpływem bardzo silnego bodźca elektrycznego. Urządzenia służące do tego celu zwane są defibrylatorami.

Wartości prądu fibrylacyjnego zależą głównie od następujących czynników i okoliczności:

- drogi przepływu prądu przez ciało

- masy ciała

- czasu trwania przepływu

- rodzaju prądu: przy prądzie stałym - od kierunku jego przepływu, a przy przemiennym - od częstotliwości.

W poszczególnych strefach czasowo-prądowych reakcje organizmu są następujące:

Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu przemiennego

Rys. 2a. Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy

Na rys.2a przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem przemiennym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są następujące:

- strefa AC-1: nie występują żadne reakcje patologiczne. Wartość progowa prądu odczuwania, przy której z małym prawdopodobieństwem występuje odczuwanie przepływu prądu przez większość mężczyzn, wyrosi 0,5 mA (prosta a, dla kobiet wartość ta wynosi 0,3 rnA);

- strefa AC-2: w miarę wzrostu wartości prądu występuje: mrowienie w palcach drętwienie, skurcze włókien mięśniowych i uczucie bólu (>3 rnA). Im wyższa wartość prądu rażeniowego i dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna  mięśni dłoni ulegają skurczowi. Przy tężcowym skurczu mięsni dłoni porażony nie jest już zdolny sam rozewrzeć palców. Wartość progowa prądu samouwolnienia, przy której jest tu jeszcze praktycznie możliwe, wynosi 10 mA. (dla kobiet 6 rnA);

- strefa AC-3: występuje nasilenie bólu, wzrost ciśnienia krwi  oraz skurcze tężcowe mięsni poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc - powyżej 20 mA, dla kobiet - 15 mA), co może wywołać niedotlenienie organizmu,  trudności z oddychaniem, zwiększenie ilości dwutlenku węgla we krwi i zakwaszenie tkanek, skutkiem czego może być sinica skóry i błon śluzowych. Zwykle są to odwracalne skutki fizjologiczne - bez uszkodzeń organizmu. Pojawiają się także odwracalne zakłócenia w pracy serca (fibrylacja lub przejściowa blokada). W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w rezultacie zawał mięśnia sercowego. Krzywa c₁ oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych;

- streta AC- 4: obserwuje się te same skutki rażenia, co w strefie AC -3, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu. Prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych wzrasta do około 5% krzywa c₂,  50% - krzywa c₃ i ponad 50% - w obszarze powyżej  krzywej c_3.

Wartości prądów odczuwania, samouwolnienia i wywołujących migotanie komór serca zależą od częstotliwości - najmniejsze wartości występują przy częstotliwości około 50 Hz, wzrastają dla niższych i wyższych. Przykładowo dla częstotliwości 1000 Hz wartości tych prądów są większe: dla reakcji odczuwania - 1,6 razy, samouwolnienia - 2,1 oraz fibrylacji -14-krotnie.

Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu stałego

Rys. 2b. Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy

Wartości prądów stałych wywołujące wyżej wymienione skutki są mniejsze niż w przypadku prądów częstotliwości 50 Hz. Wyraźnie odczuwalne reakcje organizmu następują dopiero wtedy, kiedy obwód przepływu prądu stałego zostanie przerwany (otwarty) i bezpośrednio po tym, ponownie zamknięty. Na rys. 2b przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem stałym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są następujące:

• strefa DC-1: nie występują żadne, odczuwalne przez zmysły i układ nerwowy reakcje. Długotrwały przepływ prądu stałego, przy braku odczuwania tego przepływu, może być przyczyną ciężkich zatruć organizmu, gdyż na skutek elektrolizy może nastąpić rozkład płynów ustrojowych. Wartość progową prądu odczuwania równą 2 mA (dla kobiet 1,5 mA) wyznaczono dokonując wyłączania i załączania obwodu rażeniowego

• strefa DC-2: skutki rażenia takie same, jak w poprzedniej strefie; dodatkowo występuje reakcja odczuwania przy załączaniu i wyłączaniu obwodu rażeniowego. Wartość progowa prądu samouwolnienia wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe, wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia takich skurczów mięśni rąk, które uniemożliwią samouwolnienie się rażonego. Mogą pojawiać się odwracalne zakłócenia w pracy serca;

• strefa DC-3: wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia takich skurczów mięśni rąk, które uniemożliwią samouwolnienie się rażonego. Mogą pojawiać się odwracalne zakłócenia w pracy serca;

• strefa DC-4.1 występują podobne skutki przepływu prądu jak w strefie DC-3. Oprócz tego wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych (krzywa 02 - 5% i 03 - 50%) oraz utraty przytomności i wystąpienia oparzeń skóry. Wartości prądów stałych wywołujących fibrylację komór sercowych są dla długotrwałych rażeń 2-4-krotnie większe od wartości prądów fibrylacyjnych o częstotliwości 50 Hz.

Skutki termicznego oddziaływania prądu elektrycznego na skórę człowieka zależą głównie od gęstości prądu i czasu przepływu. Przy gęstości prądu od 20 do 50 mA/mm² po czasie trwania rażenia rzędu kilkudziesięciu sekund tworzą się wokół elektrody pęcherze oparzeniowe. Przy większych gęstościach prądu i dłuższym czasie jego przepływu może wystąpić zwęglenie skóry, martwica skóry, mięśni, nerwów, a także naczyń krwionośnych. Przy dużych wartościach prądu elektrycznego oparzenia mogą być tak głębokie, że tkanki skóry (a nawet kości) mogą ulec zwęgleniu.

2.5. Impedancja ciała ludzkiego

Na podstawie określonych wartości impedancji i rezystancji ciała ludzkiego oraz wartości prądu rażeniowego, wyznaczone zostały wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale w różnych warunkach środowiskowych.

W warunkach środowiskowych normalnych, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U wynosi 50 V dla prądu przemiennego i 120 V dla prądu stałego. Do środowisk o warunkach normalnych zalicza się lokale mieszkalne i biurowe, sale widowiskowe i teatralne, klasy szkolne (z wyjątkiem niektórych laboratoriów) itp.

W warunkach środowiskowych o zwiększonym zagrożeniu, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U_>L wynosi 25 V dla prądu przemiennego i 60 V dla prądu stałego. Do środowisk o zwiększonym zagrożeniu zalicza się łazienki i natryski, sauny, pomieszczenia dla zwierząt domowych, bloki operacyjne szpitali, hydrofornie, przestrzenie ograniczone powierzchniami przewodzącymi, kanały rewizyjne, kempingi, tereny budowy i rozbiórki, tereny otwarte itp.

W warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniem prądem elektrycznym, jakie może nastąpić przy zetknięciu się ciała ludzkiego zanurzonego w wodzie z elementami znajdującymi się pod napięciem, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U_L wynosi 12 V dla prądu przemiennego i 30 V dla prądu stałego.

Określono również dla prądów rażeniowych przemiennych, odpowiadających krzywej C1 na rysunku nr 2a oraz impedancji ciała ludzkiego, które nie są przekroczone dla 5% populacji, czasy utrzymywania się napięć dotykowych, przekraczających wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale, bez powodowania zagrożenia dla ciała ludzkiego. Dane te przedstawione są na rysunku nr 2c.

Rys. 2c. Największe dopuszczalne napięcia dotykowe U_D w zależności od czasu rażenia T_r

Powyższe dane stanowiły podstawę do ustalenia maksymalnych czasów samoczynnego wyłączenia zasilania w warunkach środowiskowych normalnych oraz w warunkach środowiskowych o zwiększonym zagrożeniu.

 

3. Rodzaje ochron przeciwporażeniowych

Bezpieczeństwo osób przebywających w pobliżu urządzeń elektrycznych lub obsługujących te urządzenia zapewnia zastosowanie różnych środków ochrony. Środki te powinny tworzyć „system ochrony przeciwporażeniowej”, przez który należy rozumieć system współpracujących i skoordynowanych ze sobą środków ochrony oraz środków uzupełniających.

Środki ochrony przeciwporażeniowej można ogólnie podzielić na:

- środki organizacyjne,

- środki techniczne.

3.1. Środki organizacyjne ochrony stosowane w celu zapobieżenia porażeniom elektrycznym obejmują wprowadzone przez Przepisy Budowy Urządzeń Elektrycznych lub rozporządzenia wykonawcze do ustawy — Prawo energetyczne, wymagania dotyczące kwalifikacji osób zatrudnionych przy eksploatacji urządzeń energetycznych oraz wymagania dotyczące organizacji i wykonywania prac związanych z eksploatacją, konserwacją, naprawą oraz z badaniami odbiorczymi i okresowymi eksploatacyjnymi urządzeń elektrycznych.

Organizacyjne środki ochrony obejmują różne działania nietechniczne typu organizacyjnego, których celem jest zapoznanie szerokiego kręgu użytkowników energii elektrycznej z potencjalnymi zagrożeniami ze strony tej energii, minimalizacja możliwości kontaktu człowieka z napięciem oraz minimalizacja skutków wypadków elektrycznych.

Do działań typu organizacyjnego mających na celu zmniejszenie ryzyka zagrożeń elektrycznych należą:

1) popularyzacja zasad prawidłowego użytkowania urządzeń elektrycznych,

2) nauczanie zasad udzielania pierwszej pomocy porażonym i poparzonym prądem elektrycznym,

3) stosowanie środków propagandy wizualnej w postaci plansz i plakatów popularyzujących zasady bezpiecznego

    użytkowania urządzeń elektrycznych,

4) obowiązkowe szkolenie okresowe pracowników zaliczanych do grupy wzmożonego ryzyka porażeniem prądem,

    głównie elektryków,

5) ustawowy wymóg posiadania uprawnień kwalifikacyjnych przez osoby zatrudnione przy eksploatacji urządzeń

    i instalacji energetycznych,

6) przestrzeganie zasad i przepisów bezpieczeństwa pracy dotyczących organizacji prac przy urządzeniach

    elektrycznych, w tym zwłaszcza stosowania modelu obejmującego 5 podstawowych (złotych) reguł

    bezpieczeństwa.

 

3.2 Środki techniczne stanowiące właściwą ochronę przeciwporażeniową obejmują w zasadzie:

- środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej) stanowiące zabezpieczenie przed porażeniami

  od napięć roboczych (fazowych) oraz

- środki ochrony przy dotyku pośrednim (ochrony przy uszkodzeniu) zabezpieczające przed porażeniami od napięć

  dotykowych.

Zmieniające się na przestrzeni ostatnich lat przepisy w zakresie ochrony przeciwporażeniowej urządzeń i instalacji do 1 kV przewidywały ponadto środki ochrony obostrzonej wymagane w warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniowego i środki ochrony uzupełniającej stosowane dla eliminacji zagrożeń, przed którymi nie chronią tradycyjne środki ochrony przeciwporażeniowej.

Do technicznych środków ochrony zaliczyć należy również środki ochrony osobistej (sprzęt ochronny) mające zastosowanie głównie przy pracach konserwacyjno-remontowych, operacjach łączeniowych i czynnościach pomiarowych.

3.3. Rodzaje ochron i środków ochrony

Polska norma PN-HD 60364-4-41:2007 Instalacje elektryczne niskiego napięcia - Część 4.41.Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa, przewiduje następujące rodzaje ochron i środków ochrony przeciwporażeniowej urządzeń i instalacji elektrycznych:

Tablica 1. Rodzaje ochron i środków ochrony przeciwporażeniowej w urządzeniach do 1 kV

3.3.1 Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim

Wykonanie instalacji na napięcie bezpieczne wymaga spełnienia licznych warunków dotyczących właściwego doboru źródeł zasilania, układania przewodów instalacji oraz budowy i użytkowania instalacji.

Jako źródło bardzo niskiego napięcia bezpiecznego mogą być stosowane:

- transformatory ochronne,

- przetwornice ochronne,

- źródła elektroniczne,

- źródła elektrochemiczne (baterie akumulatorów),

- zespoły prądotwórcze napędzane silnikiem spalinowym.

W szczególności transformatory i przetwornice stanowiące źródło zasilania obwodów bardzo niskiego napięcia bezpiecznego powinny spełniać wymagania II klasy ochronności, czyli pewnego oddzielenia elektrycznego obwodu pierwotnego od obwodu wtórnego.

Rys. 3. Przykłady obwodów SELV, PELV i FELV

W obwodach bardzo niskiego napięcia bezpiecznego SELV instalacja jest całkowicie oddzielona od ziemi i od innych instalacji (rys. 3a)

W obwodach bardzo niskiego napięcia bezpiecznego PELV określone części czynne mogą być połączone z uziomem np. ze względu na wymagania technologiczne (rys. 3b).

Układy bardzo niskiego napięcia funkcjonalnego FELV są to układy zasilane napięciem nie przekraczającym wartości bardzo niskich napięć bezpiecznych, które jednakże nie spełniają wszystkich warunków zapewniających, że nie pojawią się w nich napięcia wyższe od bezpiecznego, a odnoszących się zarówno do źródeł zasilania, elementów instalacji i sposobu jej układania oraz do budowy odbiorników (rys. 3c). Obwody te nie mogą być traktowane jako w pełni bezpieczne i wymagają ochrony takiej, jaka jest zastosowana w ich obwodach zasilających.

Tablica 2 Wartości napięć bezpiecznych

 

Uwaga:

Jeżeli napięcie znamionowe instalacji nie przekracza 25 V dla prądu przemiennego lub 60 V dla prądu stałego to nie jest potrzebna ochrona przed dotykiem bezpośrednim, o ile nie występują żadne szczególne warunki środowiskowe, tzn. urządzenie jest użytkowane w miejscach suchych oraz nie przewiduje się wielkopowierzchniowych dotyków ciała ludzkiego.

3.3.2 Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa)

Ochrona podstawowa polega na zastosowaniu jednego z następujących środków:

- izolowania części czynnych,

- użycia ogrodzeń (przegród) lub obudów (osłon),

- użycia barier (przeszkód),

- umieszczenia poza zasięgiem ręki,

- uzupełnienia ochrony przy użyciu wysokoczułych urządzeń ochronnych różnicowoprądowych.

Izolowanie części czynnych polega na pokryciu izolacją części obwodu elektrycznego, które znajdują się pod napięciem w normalnych warunkach pracy. Izolacja ta powinna wytrzymywać obciążenia mechaniczne, chemiczne i termiczne, na jakie może być narażona w warunkach eksploatacji.

Ogrodzenia lub obudowy powinny zapewniać dla znajdujących się wewnątrz części czynnych stopień ochrony co najmniej IP2X. Ogrodzenia i obudowy powinny być trwale zamocowane, a usunięcie ich powinno być możliwe jedynie przy użyciu narzędzi lub po wyłączeniu napięcia z części czynnych znajdujących się wewnątrz nich.

Bariery (przeszkody) mają za zadanie uniemożliwienie przypadkowemu dotknięciu części czynnych, natomiast nie chroni przed rozmyślnym działaniem. Bariery mogą być usuwane bez użycia narzędzi, jednak muszą być zabezpieczone przed niezamierzonym usunięciem. Zwykle stosowane są w pomieszczeniach ruchu elektrycznego.

Umieszczenie poza zasięgiem ręki podobnie jak bariery, chroni przed przypadkowym dotknięciem, a nie przed rozmyślnym działaniem.

Stosowanie urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o prądzie wyzwalającym IΔn nie większym od 30 mA uważane jest za uzupełnienie ochrony, zarówno w przypadku nieskuteczności innych środków ochrony przed dotykiem bezpośrednim, jak i w przypadku nieostrożności użytkowników. Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe lub wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi nie mogą być jedynym środkiem ochrony. Mierzą one prąd upływu i powodują szybkie wyłączenie obwodów w przypadku dotknięcia fazy.

3.3.3 Ochrona przy dotyku pośrednim polega na zastosowaniu jednego z następujących środków:

-  samoczynnego wyłączenia zasilania,

-  urządzeń II klasy ochronności lub o izolacji równoważnej,

-  separacji elektrycznej,

-  nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych

-  izolowania stanowiska,

1) Samoczynne wyłączenie zasilania powinno zapewniać szybkie wyłączenie spodziewanego napięcia dotykowego przekraczającego napięcie bezpieczne, aby nie wystąpiły żadne niebezpieczne skutki patofizjologiczne w przypadku zwarcia pomiędzy częścią czynną a częścią przewodzącą dostępną lub przewodem ochronnym obwodu. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na utworzeniu pętli zwarciowych poprzez przewody ochronne łączące dostępne części przewodzące z punktem neutralnym sieci lub z ziemią (w zależności od układu sieci) oraz zastosowaniu urządzeń ochronnych zapewniających wyłączenie w odpowiednim, wymaganym przepisami czasie.

Jako urządzenia ochronne powodujące wyłączenie odbiornika lub obwodu mogą być zastosowane:

— urządzenia przetężeniowe (nadmiarowoprądowe), do których należą wyłączniki z wyzwalaczami nadprądowymi

    lub przekaźnikami nadprądowymi oraz bezpieczniki z wkładami topikowymi,

— urządzenia ochronne różnicowoprądowe, do których należą wyłączniki różnicowoprądowe i wyłączniki

    współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi.

Samoczynne szybkie wyłączanie zasilania jest najczęściej stosowanym i najpewniejszym środkiem ochrony dodatkowej stosowanym w układach sieciowych TN, TT oraz IT.

W układach sieciowych TN ochronę przez samoczynne wyłączenie zasilania uzyskuje się poprzez połączenie części przewodzących dostępnych z przewodem ochronnym PE lub przewodem ochronno-neutralnym PEN, co przy zwarciu części czynnych powoduje przepływ prądu zwarciowego do dostępnych części przewodzących i samoczynne odłączenie odbiornika od zasilania.

Rys. 4. Przykład sieci o układzie mieszanym TN-C-S

Maksymalne czasy wyłączenia w układzie TN w zależności od napięcia fazowego  podane w tablicy 3.

Tablica 3. Maksymalne czasy wyłączenia w układzie

Warunek samoczynnego wyłączenia zasilania zostanie spełniony jeżeli:

Z_s× I_a≤ U_o

gdzie:

Z_s- impedancja pętli zwarciowej w Ω

I_a- prąd w A powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w określonym w czasie,

U_o- napięcie znamionowe względem ziemi w V.

 

Czas odłączenia napięcia dłuższy od podanego w  tablicy 3, ale nie przekraczający 5 s dopuszcza się:

- w sieciach rozdzielczych i wewnętrznych liniach zasilających,

- w obwodach odbiorczych, do których przyłączone są jedynie odbiorniki stacjonarne i stałe.

Przepisy określają warunki niezbędne do spełnienia, gdy z rozdzielnicy zasilane są odbiorniki, dla których wymagany jest różny czas wyłączania, odnoszący się do ograniczenia impedancji przewodu ochronnego oraz do stosowania połączeń wyrównawczych miejscowych.

Prąd I_a zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego powinien być wyznaczony na podstawie ich charakterystyk czasowo-prądowych. Jeżeli urządzeniem ochronnym jest urządzenie ochronne różnicowoprądowe, prąd I_a jest znamionowym prądem wyzwalającym I_Δn.

Ochrona w układzie TT

W układzie sieciowym TT przedstawionym na rys.5. ochrona polega na połączeniu części przewodzących dostępnych chronionych za pomocą urządzeń ochronnych przetężeniowych lub różnicowoprądowych, z uziomem. Przy zwarciu części czynnej z częścią przewodzącą dostępną, powinno nastąpić samoczynne odłączenie odbiornika od sieci w wymaganym czasie lub obniżenie napięcia dotykowego na częściach przewodzących do wartości bardzo niskiego napięcia bezpiecznego U_L.

Rys. 5. Przykład sieci o układzie TT

W układzie TT powinien być spełniony warunek:

R_A· I_a ≤ U_L

gdzie: 

R_A- suma rezystancji uziomu i przewodu ochronnego łączącego uziom z częścią przewodzącą dostępną

I_a- prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego

U_L- napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale.

Przy rezystancji uziomu dobranej zgodnie z w/w warunkiem nastąpi szybkie wyłączenie, gdy prąd zwarciowy I_z ograniczony sumą rezystancji uziomu roboczego punktu neutralnego transformatora i uziomu ochronnego przekroczy wartość I_a.

Jeżeli prąd I_z będzie mniejszy niż I_a to powinno nastąpić obniżenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej U_L.

W praktyce spełnienie warunku samoczynnego wyłączenia jest zapewnione przy małych mocach odbiorników lub przy stosowaniu jako urządzeń ochronnych wyłączników różnicowoprądowych.

Ochrona w układzie IT

W układzie sieciowym IT wszystkie części czynne są odizolowane od ziemi, a części przewodzące dostępne powinny być uziemione indywidualnie, grupowo lub zbiorowo.

a)

b)

Rys. 6. Przykłady sieci o układach IT:

a) sieć o układzie IT całkowicie odizolowanym od ziemi,  

b) sieć o układzie IT z przewodem neutralnym N połączonym z ziemią poprzez dużą impedancję

Prąd pojedynczego zwarcia z ziemią ma charakter prądu pojemnościowego i jego ograniczona wartość (zwykle poniżej 1A) nie wystarcza do spełnienia warunku szybkiego wyłączenia, ale za to z reguły występuje skuteczne obniżenie napięcia dotykowego do bezpiecznego w danych warunkach środowiskowych, zwykle 50 V, lub 25 V.

Powyższe wymaganie określone jest wzorem:

R_A· I_d ≤ U_L

gdzie:

R_A - suma rezystancji uziomu i przewodu ochronnego łączącego uziom z częścią przewodzącą dostępną,

 I_d - prąd pojedynczego zwarcia między przewodem fazowym a częścią przewodzącą dostępną (prąd doziemny),

U_L - napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale.

Zaleca się, aby pojedyncze zwarcie doziemne było usuwane możliwie szybko, co zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia podwójnych zwarć doziemnych. Urządzenie do kontroli stanu izolacji powinno przy zwarciu doziemnym działać na sygnał dźwiękowy lub/i świetlny.

Warunki wyłączania podwójnego zwarcia z ziemią zależą od sposobu uziemienia części przewodzących dostępnych i przy uziemieniu:

— indywidualnym lub grupowym, warunki analogiczne jak dla układu TT,

— zbiorowym, warunki analogiczne jak dla układu TN.

 

Aby nastąpiło szybkie wyłączenie powinny być spełnione następujące warunki:

— dla układu IT bez przewodu neutralnego:

— dla układu IT z przewodem neutralnym:

gdzie:  

- impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód fazowy i przewód ochronny obwodu,

- impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód neutralny i przewód ochronny obwodu.

Maksymalne dopuszczalne czasy wyłączenia przy podwójnych zwarciach doziemnych w układzie IT w zależności od napięcia podano w tablicy 4.

Tablica 4. Maksymalne dopuszczalne czasy wyłączenia w układzie IT (przy podwójnym zwarciu doziemnym)

3.3.4.Ochrona przez zastosowanie urządzenia II klasy ochronności lub o izolacji równoważnej

Ten rodzaj ochrony ma na celu zapobieżenie pojawieniu się niebezpiecznego napięcia na częściach przewodzących dostępnych urządzeń elektrycznych w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej. Istota tego środka ochrony polega na ograniczeniu do minimum możliwości porażenia poprzez zastosowanie izolacji podwójnej lub izolacji wzmocnionej albo równoważnej obudowy izolacyjnej.

Urządzenia II klasy ochronności oznaczone symbolem
są rozpowszechnionym środkiem ochrony dodatkowej, zwłaszcza w odniesieniu do przyrządów ręcznych i ruchomych (elektronarzędzia i sprzęt gospodarstwa domowego). Mogą być stosowane we wszystkich warunkach środowiskowych.

Obudowy izolacyjne urządzeń powinny mieć stopień ochrony co najmniej IP2X i być odporne na spodziewane obciążenia mechaniczne, elektryczne i termiczne. W widocznych miejscach wewnątrz i na zewnątrz obudowy powinien być umieszczony symbol
oznaczający zakaz przyłączania przewodu ochronnego.

3.3.5. Izolowanie stanowiska

Ten środek ochrony ma na celu zapobieżenie równoczesnemu dotknięciu części, które mogą mieć różny potencjał  w  wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej części czynnych. Dopuszcza się stosowanie urządzeń klasy 0, jeżeli są  spełnione wszystkie poniższe warunki:

1.ściany i podłogi stanowiska powinny być wykonane z materiałów izolacyjnych w taki sposób, aby ich rezystancja nie była mniejsza niż:

- 50 kΩ dla instalacji o napięciu znamionowym do 500 V, oraz

- 100 kΩ przy napięciu powyżej 500 V,

2. części przewodzące dostępne powinny być oddalone od siebie i od części przewodzących obcych na odległość nie mniejsza niż 2 m, odległość ta może wynosić 1,25 m, jeżeli urządzenia znajdują się poza strefą zasięgu ręki, albo zostały umieszczone skuteczne bariery między częściami przewodzącymi dostępnymi a częściami przewodzącymi obcymi zwiększającymi odległość między tymi częściami do 2 m. Barier tych nie należy  przyłączać do ziemi ani do części przewodzących dostępnych; w miarę możliwości powinny być one wykonane z materiałów izolacyjnych, albo izolowanie lub zastosowanie środków izolujących części przewodzące obce od ziemi, w sposób zapewniający dostateczną wytrzymałość mechaniczną i wytrzymywać próbę napięciem o wartości 2000 V. Prąd upływu w normalnych warunkach nie powinien przekraczać 1 mA.

Do stanowiska izolowanego nie wolno doprowadzać z zewnątrz żadnych uziemionych przedmiotów ani przewodów ochronnych. Ten sposób ochrony wymaga szczególnie skutecznego nadzoru eksploatacyjnego nad instalacjami.

Rys. 8 Ochrona przez zastosowanie izolowania stanowiska:

Oznaczenia: 1. izolacja podłogi,  2 - izolacja ścian,

3 - urządzenia elektryczne zainstalowane poza zasięgiem ręki.

3.3.6. Nieuziemione połączenia wyrównawcze miejscowe

Nieuziemione połączenia wyrównawcze mają na celu zapobieżenie pojawieniu się niebezpiecznych napięć dotykowych. Istota tej ochrony polega na łączeniu między sobą wszystkich części przewodzących jednocześnie dostępnych oraz części przewodzących obcych za pomocą nieuziemionych połączeń wyrównawczych.

Rys. 9. Zasada działania nieuziemionych połączeń wyrównawczych

Oznaczenia: A - część przewodząca dostępna z uszkodzoną izolacją, B - część przewodząca obca,

T - transformator separacyjny, I - największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia,

 CC - przewód ochronny połączenia wyrównawczego.

 

System nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych nie powinien mieć połączenia elektrycznego z ziemią przez części przewodzące dostępne lub przez części przewodzące obce. Rezystancja połączeń wyrównawczych powinna być tak dobrana, aby największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia zasilania, wywoływał na niej spadek napięcia nie przekraczający dopuszczalnej w danych warunkach środowiskowych wartości napięcia dotykowego bezpiecznego:

I · R ≤ U_L

gdzie:

 I - największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia,

R - rezystancja połączenia wyrównawczego,

U_L- napięcie bezpieczne ≤ 50 V).

Należy przewidzieć środki ostrożności zapobiegające narażeniu na niebezpieczną różnicę potencjałów osób wchodzących do przestrzeni z połączeniami wyrównawczymi miejscowymi, szczególnie w przypadku, gdy przewodząca podłoga izolowana od ziemi jest połączona z nieuziemionym systemem połączeń wyrównawczych.

3.3.7. Separacja elektryczna

Ochrona przy dotyku pośrednim za pomocą separacji elektrycznej polega na elektrycznym oddzieleniu obwodu zasilającego od obwodu chronionego, za pomocą transformatora separacyjnego o przekładni 1 : 1 lub przetwornicy separacyjnej, wykonanych w drugiej klasie ochronności.

Ten rodzaj ochrony ma na celu zabezpieczenie obwodu separowanego przed prądem rażeniowym przy dotyku do części przewodzących dostępnych, które mogą znaleźć się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej urządzenia.

Separacja elektryczna jest najskuteczniejsza przy zasilaniu tylko pojedynczego odbiornika. Części czynne obwodu separowanego nie powinny być połączone w żadnym punkcie z innym obwodem lub z ziemią.

Zaleca się, aby w obwodzie separowanym iloczyn napięcia znamionowego w woltach i łącznej długości przewodów w metrach nie przekraczał 100 000, aby łączna długość przewodów łączących nie przekraczała 500 m obwodu separowanego nie powinno przekroczyć 500 V, Czyli:

U × L ≤ 100 000 [Vm]

 

Jeżeli z obwodu separowanego jest zasilanych jest więcej niż jedno urządzenie (rys. 9 i 10), to ich części przewodzące dostępne powinny być połączone nieuziemionymi  przewodami wyrównawczymi.

Rys. 10. Przykład separacji elektrycznej dwóch urządzeń od sieci zasilającej

Wszystkie gniazda wtyczkowe powinny mieć styki ochronne przyłączone do sytemu nieuziemionych połączeń wyrównawczych, natomiast stosowane przewody giętkie z wyjątkiem tych, które zasilają urządzenia II klasy ochronności, powinny mieć żyłę ochronną do połączenia wyrównawczego.

4. Warunki środowiskowe

W wieloarkuszowej normie PN-IEC 60364-3:2000 przyjęto zasadę, że postanowienia normy dotyczą normalnych warunków środowiskowych i rozwiązań instalacji elektrycznych, natomiast w warunkach środowiskowych stwarzających zwiększone zagrożenie wprowadza się odpowiednie obostrzenia i stosuje się specjalne rozwiązania instalacji elektrycznych.

Poszczególne rodzaje warunków środowiskowych zostały usystematyzowane i oznaczone za pomocą kodu literowo-cyfrowego. O doborze środków ochrony przeciwporażeniowej, w praktyce decydują następujące warunki środowiskowe:

- BA  - zdolność osób,

- BB - elektryczna rezystancja ciała ludzkiego,

- BC - kontakt ludzi z potencjałem ziemi.

Doboru środków ochrony przeciwporażeniowej dla normalnych warunków środowiskowych należy dokonywać w oparciu o arkusz 41. Obostrzenia i specjalne rozwiązania instalacji elektrycznych obejmują arkusze normy grupy 700.

 

Obostrzenia te polegają głównie na:

- zakazie umieszczania urządzeń elektrycznych w odpowiednich miejscach (strefach),

- zakazie stosowania niektórych środków ochrony; np. barier, umieszczania poza zasięgiem ręki, izolowania

  stanowiska, nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych,

- stosowaniu urządzeń o odpowiednich stopniach ochrony,

- konieczności stosowania dodatkowych (miejscowych) połączeń wyrównawczych,

- konieczności obniżenia napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale w określonych warunkach otoczenia do

  wartości 25 V i 12 V prądu przemiennego oraz odpowiednio 60 V i 30 V prądu stałego,

- konieczności stosowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o znamionowym prądzie różnicowym nie

  większym niż 30 mA jako uzupełniającego środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej),

- kontroli stanu izolacji (doziemienia) w układach sieci IT.

5. Stopnie ochrony

Stopnie ochrony obudów urządzeń elektrycznych są oznaczone kodem IP (International Protection) w następujący sposób:  IP X0, IP 0X lub IP XX, gdzie:

- IP (International Protection) - oznaczenie literowe

- pierwsza charakterystyczna cyfra (cyfry od 0 do 6 lub litera X) - określa stopień ochrony przed przedostaniem się

  obcych ciał stałych do wnętrza obudów urządzeń elektrycznych i dostępem do części pod napięciem lub części

  będących w ruchu,

- druga charakterystyczna cyfra (cyfry od 0 do 8 lub litera X) - określa stopień ochrony przed przedostawaniem się

  wody do wnętrza obudów urządzeń elektrycznych.

 

Np. IP22 - takie oznaczenie dotyczy obudowy:

- pierwsza cyfra 2 - oznacza ochronę urządzenia przed przedostawanie ciał stałych o średnicy 12,5 mm i większej do

  wnętrza obudowy,

- druga cyfra 2 - oznacza ochronę urządzenia przed przedostawaniem się spadających strug wody do wnętrza

  obudowy.

Tablica 5. Stopnie ochrony zapewniane przez obudowy urządzeń elektrycznych

1) Kod IP oznaczony czerwonym drukiem - osłony do pomieszczeń wilgotnych

2) Kod IP napisany kursywą - osłony do pomieszczeń mokrych

6. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych

Urządzenia elektryczne ze względu na zastosowany  środek ochrony przeciwporażeniowej dzieli się na cztery klasy ochronności : 0, I, II i III.

W urządzeniach klasy ochronności 0 ochronę przed porażeniem stanowi w zasadzie tylko izolacja podstawowa. Brak zacisku ochronnego.

W urządzeniach klasy ochronności I ochronę realizuje się poprzez połączenie przewodów PE lub PEN z zaciskami ochronnymi, przez co następuje:

- szybkie zadziałanie zabezpieczeń przetężeniowych i wyłączenie zasilania, albo

- ograniczenie napięć dotykowych do wartości uznanych za bezpieczne.

W urządzeniach klasy ochronności II ochrona jest zapewniona przez fabryczne zastosowanie izolacji podwójnej lub wzmocnionej.

W urządzeniach klasy ochronności III, ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zasilanie ich bardzo niskim napięciem (SELV lub PELV), mieszczącym się w zakresie napięcia bezpiecznego.

Tablica 6. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych

7. Zakresy napięć

Tablica 7. Zakresy napięciowe prądu przemiennego i stałego

Schemat podziału wyżej wymienionych napięć jest następujący:

a) napięcia zakresu I:

- bardzo niskie napięcie SELV,

- bardzo niskie napięcie PELV,

- bardzo niskie napięcie funkcjonalne,

b) napięcia zakresu II:

- napięcie w układzie sieci TN,

- napięcie w układzie sieci TT,

- napięcie w układzie sieci IT,

- napięcie separowane.

 

Nazewnictwo napięć stosowanych w elektroenergetyce

a) niskie napięcie (n/n)         - napięcia o wartości nie przekraczającej 1000 V.

b) wysokie napięcie (WN):    - napięcia o wartości przekraczającej 1 kV, które dzielimy na:

-  średnie napięcie (SN)        - napięcia o wartości nie przekraczającej 100 kV,

-  najwyższe napięcie (NN)   - napięcia o wartości przekraczającej 100 kV.

Nazewnictwem napięć stosowanych w elektroenergetyce zajmuje się norma PN-E-50601:1992 Słownik terminologiczny elektryki. Wytwarzanie, przesyłanie i rozdzielanie energii elektrycznej. Pojęcia ogólne".

---