OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA
1.Wiadomości wstępne
Praca przy wszelkich urządzeniach technicznych jest połączona z możliwością powstania warunków zagrażających zdrowiu i życiu ludzkiemu.
Podwyższenie napięcia, pod którego działaniem może znaleźć się człowiek, zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia szkodliwych skutków rażenia elektrycznego. Liczba wypadków spowodowanych urządzeniami elektroenergetycznymi niskiego napięcia jest jednak znacznie większa niż liczba wypadków powstałych przy obsłudze urządzeń wysokonapięciowych. Stan taki powodują następujące okoliczności:
przy urządzeniach niskonapięciowych pracuje znacznie większa liczba osób niż przy urządzniach wysokonapięciowych,
kwalifikacje zawodowe osób pracujących przy urządzeniach wysokonapięciowych są wyższe niż osób obsługujących urządzenia niskonapięciowe,
istnieje szkodliwa opinia rozpowszechniona zwłaszcza wśród monterów elektryków, że przesżeganie bhp przy obsłudze urządzeń niskonapięciowych nieprzemysłowych jest przesadą.
Nieszczęśliwe wypadki przy obsłudze i użytkowaniu urządzeń elektrycznych mogą być spowodowane:
wadliwą budową urządzeń,
pojawienia się wskutek uszkodze3nia izolacji napięcia względem ziemi na częściach metalowych nie będących pod napięciem w zwykłych warunkach pracy,
nieprzestrzeganiem przepisów bezpieczeństwa pracy.
Zespół środków zapobiegających bezpośredniemu zetknięciu się ludzi z częściami obwdów elektrycznych lub nadmiernemu zbliżeniu się do nich, występowaniu napięcia na częściach i przedmiotach nie należących do obwodów elektrycznych oraz szkodliwemu oddziaływaniu łuku elektrycznego na otoczenie nazywa się podstawowymi środkami ochrony przeciwporażeniowej.
2.Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki
Jeżeli człowiek dotyka jednocześnie dwóch punktów, między którymi znajduje występuje napięcie, przez jego ciało przepływa prąd elektryczny ; zachodzi rażenie prądem elektrycznym. O skutkach rażenia decydują przede wszystkim trzy czynniki:
wartość prądu rażeniowego i jego rodzaj
czas przepływu prądu rażeniowego ; jeżeli czas przepływu nie jest większy 0.1 - 0.5s następstwo rażenia jest złagodzone
droga przepływu prądu przez ciało ludzki; najbardziej niebezpieczne są rażenia przy których prąd przepływa przez klatkę piersiową
Obecny stan badań pozwala podać następujące graniczne natężenia prądów rażeniowych o częstotliwości sieciowej na drodze ręka - ręka lub ręka - noga:
pierwszy poziom bezpieczeństwa - górna granica prądów nieodczuwalnych 0.5 mA, czas rażenia nie przekraczający tej wartości może być dowolnie długi,
drugi poziom bezpieczeństwa - górna granica prądów samouwolnienia 6mA, w niektórzy przyjmują 10 mA lub 15mA, czas rażenia może być dość długi, jest ograniczony przez samego rażonego lub osobę postronną,
trzeci poziom bezpieczeństwa - górna granica prądów rażeniowych niezagrażających zdrowiu i życiu , przy ustaleniu górnej granicy niezbędnym staje się rozróżnienie rażeń krótkotrwałych i długotrwałych. Jeżeli czas rażenia nie przekracza 1 - 3 s,to niebezbieczne jest wystąpienie migotenie komor sercowych, kryterium bezpieczeństwa jest więc górną granicą prądów niefibrylacyjnych. Przy rażeniach długotrwałych śmierć człowieka może być spowodowana fibrylacją komór sercowych, zatrzymaniem oddechu oraz szokiem.
Zgodnie z prawem Ohma wartość prądu rażeniowego zależy od napięci i rezystancji obwodu. Przy określonym napięciu prąd rażeniowy osiąga szczególnie dużą wartość , gdy jedną z największych rezystancji jest ciało człowieka . Korzystniejsza jest sytuacja gdy na drodze prądu znajdują się inne duże rezystancje np. izolacyjna podłoga lub suche obuwie o izolacyjnej podeszwie.
Zatrzymanie oddychania lub zatrzymanie krążenia krwi lub wystąpienie obydwu tych stanów powoduje utratę przytomności i oznacza bezpośrednie zagrożenie życia . Jest to tzw śmierć kliniczna - porażonego można jeszcze uratować pod warunkiem , że udzieli się mu skutecznej pomocy przed upływem 4 -7 min zanim rozpocznie się obumieranie niedotlenionej kory mózgowej.
3. Podstawowa ochrona przeciwporażeniowa - izolacja robocza
Części obwodu elektrycznego znajdujące siępod napięciem powinny być tak izolowane lub tak osłonięte albo umieszczone w takich miejscach aby człowiek nie mógł ich nieopatrznie dotknąć.
Ponad to części obwodów powinny być tak odizolowane od korpusów , obudów i innych dostępnych części metalowych sprzętu elektrycznego aby zapobiec przedostawaniu się na nie napięcia. Są to dwa zadania które ma do spełnienia podstawowa ochrona przeciwporażeniowa.
Realizuje się ją poprzez :
izolację roboczą,
osłony uniemożliwiające przypadkowe dotknięcie obwodu elektrycznego tak zamocowane, że nie można ich usunąć bez użycia narzędzi,
umieszczenie gołych przewodów lub innych elementów pod napięciem w sposób zapewniający bezpieczaństwo dotykowe lub umieszczeniem ich poza zasięgiem ręki
Izolacja robocza
Aparaty i urządzenia mają izolację roboczą bo bez niej nie mogłyby wogóle funkcjonawać ; poszczególne bieguny obwodu elektrycznego muszą być odizolowane od siebie i od ziemi - uszkodzenie tej izolacji powoduje zwarcie
Ocena stanu izolacji obejmuje przede wszystkim pomiar rezystancji izolacji. Izolacja w dobrym stanie ma rezystancję bardzo dużą . Pod działaniem przyłożonego napięcia przez izolację popłynie pewien prąd upływowy. W pewnych sytuacjach obwód tego prądu może zamykać się przez ciało człowieka , a sytuacje takie są nie do uniknięcia . Jeżeli prąd upływowy nie przekroczy 1 mA , to przepływ przez ciało człowieka będzie ledwie wyczuwalny ; aby to zapewnić rezystancja izolacji powinna wynosić co najmniej 1000Ω na 1V napięcia znamionowego urządzenia.
Takiej rezystancji izolacji wymaga się w instalacjach między dwoma kolejnymi stopniami zabezpieczeń. Od pojedynczych przyrządów i narzędzi wymaga się największej rezystancji izolacji np. 2MΩ, by ewentualny przepływ prądu upływowego przez ciało wogóle nie był wyczuwalny
Do pomiaru rezystancji izolacji służą megaomomierze wyposażone w źródło prądu stałego np. małą prądnicę induktorową.
Przed przystąpieniem do pomiaru rezystancji izolacji odcinka instalacji trzeba upewnić się za pomocą wskaźnika neonowego czy jest on wyłączony spod napięcia . W badanym odcinku instalacji:
wszystkie łączniki powinny być zamknięte, bo pomiar nie obejmowałby izolacji instalacji za otwartym łącznikiem,
Zarówki i wszelkie odbiorniki które mogłyby bocznikować badany układ izolacyjny powinny być odłączone - w przeciwnym razie megaomomierz wskazuje rezystancję zbliżoną do zera.
Rezystancja izolacji maleje ze wzrostem przyłożonego napięcia i dlatego pomiaru nie można przeprowadzić przy dowolnym napięciu. Trzeba użyć megaomomierza o napięciu pomiarowym mieco przewyższającym napięcie przy którym pracuje badane urządzenie.
4. Dodatkowa ochrona przeciwporażeniowa - jej rola
Pomimo poprawnego wykonania izolacji roboczej może nastąpić jej uszkodzenieobjawiejące się zmniejszeniem rezystancji izolacjido bardzo małej wartości. Powodem może być przebicie elektryczne, przegrzanie , zanieczyszczenie powieszchni lub zawilgocenie. Dostępne metalowe części sprzętu elektrycznego znajdują się wtedy pod napięciem względem ziemi. Sytuacja jest tym groźniejsza im większe jest napięcie dotykowe.
Dlatego też oprócz ochrony podstawowej stosuje się również ochronę dodatkową polegającą na stosowaniu środków które w przypadku uszkodzenia izolacji roboczej spowodują:
samoczynne szybkie wyłączenie sprzętu z uszkadzoną izolacją,
obniżenie napięcia dotykowego do wartości nie zagrażającej ciężkim porażeniem.
W urządzeniach o bezpośrednio uziemionym punkcie zerowym jako ochronę dodatkową stosuje się przede wszystkim zerowanie , rzadziej uziemienie ochronne.
W urządzeniach oizolowanym od ziemi punkcie zerowym stosuje się uziemienie ochronne lub sieć ochronną.
Te środki nie są dość pewne w warunkach szczególnego zagrożenia porażeniem. W miejscach zawilgoconych , mokrych lub w pomieszczeniach gorących przyrządy powinny być objęte obostrzoną ochroną dodatkową; stosując :wyłącznik przeciwporażeniowy, separację odbiornika, ochronnie obniżone napięcie lub izolację ochronną.
5.Pojęcie uziemienia , rodzaje uziemień
Urządzeniem uziemiającym lub uziemieniem nazywa się celowo wykonane połączenie elektryczne jakiejkolwiek części urządzenia z przedmiotem metalowym znajdującym się w ziemi czyli uziomem.
Pod wpływem przyłożonego napięcia do dwóch prętów znajdujących się w ziemi popłynie prąd. Gdy uziomy od siebie oddalamy to wartość prądu nie zmienia się. Oznacza to, że każdy z uziomów wykazuje pewną rezystancję wynikającą z rozpływu prądu od metalowego uziomu do otaczającego gruntu i że ta rezystancja jest skupiona w pobliżu uziomu. Dalekie masy gruntu nie mają wpływu na rozpływ prądu wokół uziomu i na rezystancję uziemienia.
Rezystancja uziemienia zależy przede wszystkim od rezystywności gruntu i od wymiaru charakterystycznego uziomu. Dobre uziemienie , czyli uziemienie o odpowiednio małej rezystancji łatwiej wykonać w gruncie o małej rezystywności np. w grunciewilgotnym, gliniastym lub czaronziemie.
Rezystancja uziemienia jest tym mniejsza , im większy jest wymiar charakterystyczny uziomu, bo łatwiejszy jest wtedy ropzpływ prądu od uziomu do gruntu.
Jeżeli to jest tylko możliwe w roli uziemień wykorzystuje się uziomy naturalne, czyli rurociągi wodne, metalowe powłoki kabli, metalowe i żelbetowe konstrukcje podziemne oraz inne przedmioty metalowe umieszczone w ziemi, których główne zadanie jest inne a tylko ubocznie spełniają rolę uziemień.
Sieć wodociągowa stanowi rozległy uziom kratowy.
Z upływem lat coraz mniej będzie można liczyć na uziomy naturalne z powodu upowszechniania tworzyw sztucznych z których wykonuje się rury wodociągowe i powłoki kablowe.
Jeśli nie ma do dyspozycji uziomu naturalnego wykonuje się uziom sztuczny.Mają one zwykle postać uziomu
pionowego - wykonuje się je z prętów, kształtowników lub rur, które pogrąża się w gruncie przez wkręcanie lub wbijanie wibromłotem
poziomego - kopie się rowy i układa się w nich płaskownik lub drut na głębokości 0.6 - 0.8 mna której grunt już nie zamarza zimą, a więc nie zwiększa gwałtownie swojej rezystywności.
Uziomy wykonuje się głównie ze stali ocynkowanej, nie wolno ich malować ani pokrywać jakimikolwiek powłokami izolacyjnymi, bo mają przewodzić całą swoją powieszchnią stykającą się z gruntem. Tylko miejsca połączeń i elementy uziomu znajdujące się tuż przy powieszchni ziemi do głębokości 20m należy w ten sposób zabezpieczyć przed korozją.
Uziemienie ochronne ma zapobiegać pojawieniu się lub długotrwałemu utrzymywaniu się niebezpiecznego napięcia na częściach metalowych nie będących pod napięciem w zwykłych warunkach roboczych.
Uziemienie robocze jest to celowo wykonane połączenie jednego z punktów obwodu elektrycznego z uziomem, spełniające określone zadanie w pracy urządzenia elektrycznego. Do tego rodzaju uziemienia zalicza się m.in. uziemienie punktu gwiazdowego układu 110 kV i 220 kV oraz uziemienie punktu zerowego uzwojeń niskiego napięcia transformatorów trójfazowych.
Do zadań uziemienia roboczego niskiego napięcia należa:
zabezpieczanie obwodów niskiego napięcia od skutków przerzucania się do nich napiecia wysokiego w skutek przebicia izolacji transformatora,
zapobieganie długotrwałemu utrzymywaniu się w sieci niskiego napięcia asymetrii napięć, przy której napięcie względem ziemi dowolnego punktu obwodów prądowych mogłoby przekraczać 250 V,
zapewnienie skuteczności działania zastosowanych w sieci niskiego napięcia dodatkowych środków ochrony przeciwporażeniowej.
Uziemienia odgromowe mają odprowadzać do ziemi udarowe prądy wyładowań atmosferycznych.
Uziemienia pomocnicze zalicza się do nich uziemienia przyrządów zabezpieczających i pomiarowych, jeśli działanie tych przyrządów tylko w niewielkim stponiu zależą od rezystancji uziemienia.
6. Uziemienie ochronne
W wyniku uszkodzenia izolacji w odbiorniku bez ochrony dodatkowej na jego osłonie pojawia się duże napięcie dotykowe nawet równe napięciu fazowemu instalacji.
Uziemienie ochronne powoduje samoczynne i szybkie wyłączenie uszkodzonego sprzętu albo ogranicza napięcie na dostępnych metalowych częściach sprzętu do wartości niegroźnej.
O tym czy uziemienie ochronne jest skuteczne decydują trzy elementy: zwarciowe zabezpieczenie obwodu, połączenia i przewody ochronne, rezystancja uziemienia ochronnego.
Uziemienie jest skuteczne jeśli:
rezystancja uziemienia ochronnego jest wystarczająco mała , odpowiednio dobrana do zwarciowego zabezpieczenia obwodu,
zabezpieczenie zwarciowe obwodu jest w należytym stanie,
jest zagwarantowana ciągłość połączeń i przewodów ochronnych.
Skuteczne uziemienie ochronne można zapewnić tylko w obwodach zabezpieczonych bezpiecznikami o prądzie znamionowym mniejszym niż 20 - 25 A. W obwodach zabezpieczonych bezpiecznikami o prądzie znamionowym większym byłyby potrzebne uziemienia ochronne o tak małej rezystancji, że praktycznie są one niewykonalne. W takich obwodach może być stosowane uziemienie ochronne przez sieć wodociągową. Polega ono na tym że osłony i inne części urządzeń podlegające ochronie przyłącza się do sieci wodociągowej, z którą jest też połączony punkt zerowy sieci zasilającej. W razie uszkodzenia izolacji w urządzeniu objętym ochroną prąd zwarcia doziemnego płynie w pętli metalicznej.Jest on zatem większy i łatwiej wywołuje zadziałanie zwarciowego zabezpieczenia. O skuteczności takiego uziemienia decydują: parametry zwarciowego zabezpieczenia obwodu, ciągłość połączeń i przewodów ochronnych oraz impedancja pętli, której płynie prąd zwarcia doziemnego.