3tom343

Ochrona przeciwporażeniowa <1 w instalacjach elektrycznych o napięciu do 1 kV

mgr inż. Henryk Gąsowski

11.1.    Wiadomości wstępne

W rozdziale wykorzystano najnowsze materiały zawarte w raportach i normach Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) oraz w ich odpowiednikach polskich, tj. normie arkuszowej PN-.../E-05009 wprowadzonej w latach 1992—1994. Prezentowany tu stan rozpoznania zjawiska rażenia prądem elektrycznym ciała ludzkiego oraz wynikające z tego zasady ochrony przeciwporażeniowej odpowiadają poziomowi wiedzy z roku 1994. Na rysunkach kontury urządzeń zaznaczono linią ciągłą w celu podkreślenia, iż przewodząca obudowa ma ten sam potencjał w każdym punkcie.

11.2.    Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki

Skutki przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzi i zwierząt są przedmiotem studiów i eksperymentów od wielu lat. Badania te były i są nadal prowadzone głównie na zwierzętach, choć niektóre doświadczenia zostały wykonane z udziałem żywych ludzi. Wyniki badań dokonanych na zwierzętach — psach i trzodzie chlewnej — mogą być odniesione również do ludzi o normalnym stanie zdrowia (w tym dzieci) bez względu na ich masę ciała i wiek. Stosowane metody eksperymentów stały się przedmiotem współpracy międzynarodowej, której rezultat został podsumowany w Raporcie nr 479 Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej. Pierwsze wydanie tego Raportu opublikowano w 1974 r. Od tego czasu prowadzono wiele nowych badań w tej dziedzinie. Wyniki późniejszych prac i bardziej precyzyjna ich analiza pozwalają lepiej zrozumieć wpływ prądu elektrycznego na żywe organizmy, a w szczególności na organizm człowieka. Z tego względu Raport ten jest stale uzupełniany i korygowany. Należy liczyć się z tym, że prace badawcze w zakresie patologii rażenia prądem ciała ludzi i zwierząt będą jeszcze prowadzone przez lata. Obecnie Raport określa, wg aktualnego stanu wiedzy, trzy następujące zasadnicze problemy:

— skutki powodowane przepływem prądu elektrycznego przez ciało człowieka w zależności od częstotliwości, wartości prądu i czasu przepływu;

—    impedancję ciała ludzkiego w zależności od częstotliwości prądu, napięcia dotykowego, wilgotności naskórka, powierzchni styku elektrod z ciałem ludzkim, nacisku elektrod na ciało, temperatury otoczenia itp.;

—    ujednolicone metody pomiaru impedancji ciała ludzkiego, wymiary i kształt elektrod, techniki przeprowadzania pomiarów itp.

Międzynarodowe uzgodnienia w zakresie tych problemów pozwalają na ustalenie zależności pomiędzy napięciem dotykowym a czasem jego utrzymywania się bez powodowania niebezpiecznych skutków patofizjologicznych dla ciała ludzkiego.

Impedancja ciała człowieka nie jest wartością stałą. Zależy ona od częstotliwości prądu, wilgotności skóry, napięcia dotykowego, warunków, w których ten dotyk nastąpił i miejsca dotyku elektrod (elementów wiodących prąd) do ciała. Różne części ciała ludzkiego, np. skóra, krew, mięśnie, tkanki, ścięgna itd. można odwzorować za pomocą impedancji o składowych złożonych z rezystancji i reaktancji pojemnościowej. Wartości tych impedancji zależą od wielu czynników, takich jak droga przepływu prądu przez ciało człowieka, wilgotność naskórka, powierzchnia dotyku, nacisk wywierany przez elektrodę przy dotyku oraz temperatury otoczenia i ciała.

Model ciała ludzkiego przedstawiono na rys. 11.1 jako impedancję włączoną w obwód elektryczny.

Rys. 11.1. Schemat zastępczy impedancji ciała ludzkiego

Z_tl, Z_t2 — impedancja skóry w miejscach dotyku, Z_w — impedancja

wewnętrzna, Z_t — impedancja całkowita ciała

Zaczerpnięto z [11.3]

Przy niskich napięciach dotykowych impedancja skóry jest znaczącym składnikiem impedancji całego ciała. W miarę wzrostu napięcia dotykowego składnik ten staje się coraz mniejszy i jest pomijalnie mały przy napięciach dotykowych przekraczających 150 V. Impedancja skóry maleje ze zwiększaniem się częstotliwości prądu i stopnia zawilgocenia skóry. Przy wilgotności względnej otaczającego powietrza przekraczającej 75%, jak również przy wyższych napięciach dotykowych, impedancja ciała zależy prawie wyłącznie od impedancji wewnętrznej. W praktyce można przyjąć, iż impedancja ciała ludzkiego jest jednakowa na najczęściej spotykanych i przyjmowanych we wszystkich rozważaniach drogach przepływu prądu rażeniowego: ręka-ręka i ręka-noga. Podkreślić jednak należy, że różne są skutki rażenia prądem w zależności od drogi jego przepływu. Największy prąd płynie przez serce wówczas, gdy porażenie następuje na drodze pierś-lewa ręka. Jest to droga nie brana jednak pod uwagę przy określaniu środków ochrony, ze względu na znikome prawdopodobieństwo występowania jej w praktyce.

Na rysunku 11.2 przedstawiono podział na strefy oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 15 h- 100 Hz na ciało ludzkie w zależności od prądu rażenia i czasu jego przepływu. Rozróżnia się następujące strefy:

strefa 1 — pomiędzy osią rzędnych i linią a — zwykle żadnej reakcji organizmu;

44 Poradnik inżyniera elektryka tom 3