Właściwie dobrane oraz sparametryzowane środki przeznaczone do ochrony przed porażeniem elektrycznym są gwarancją bezpiecznego użytkowania zarówno maszyn, jak i urządzeń elektrycznych.
Przy doborze środków, które mają za zadanie zapewnienie ochrony przed porażeniem, należy uwzględnić nie tylko przepisy obowiązującego prawa, ale również czynniki przyczyniające się zarówno do wyboru środków ochrony, jak i jej zakresu. Przede wszystkim kluczowe pozostają kwalifikacje osób obsługujących urządzenia elektryczne oraz warunki środowiskowe, które sprzyjają styczności człowieka z potencjałem ziemi. O wyborze środków ochronnych decyduje także podział odbiorników elektrycznych uwzględniający kryterium sposobu użytkowania. Wyróżnia się bowiem odbiorniki ręczne, przenośne oraz stacjonarne i stałe. Największym prawdopodobieństwem wystąpienia zagrożenia cechują się odbiorniki, które trzymane są w dłoni w trakcie pracy. Urządzenia stacjonarne lub stałe charakteryzują się najmniejszym prawdopodobieństwem porażenia. Pamiętać należy, że zagrożenie porażeniem wzrasta w momencie, gdy człowiek stoi na metalowym podłożu. Maksymalną ochronę w takich sytuacjach zapewnia izolowanie stanowiska.
Izolowanie stanowiska
Izolowanie stanowiska ma na celu zapobieganie równoczesnemu dotknięciu części, które mogą mieć różny potencjał w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej części czynnych. Ten środek ochrony znajduje zastosowanie przede wszystkim w miejscach, w których nie ma możliwości zastosowania innych zabezpieczeń. Na izolowanym stanowisku nie powinno się umieszczać przewodu ochronnego. Pamiętać należy, aby części przewodzące dostępne były rozmieszczone w sposób uniemożliwiający równoczesne dotknięcie przez człowieka dwóch części przewodzących dostępnych lub jednej części przewodzącej dostępnej i jakiejkolwiek części przewodzącej obcej. Właściwe rozmieszczenie przewodów uznaje się za spełnione w przypadku zastosowania dodatkowych środków. Pierwszy z nich stanowi oddalenie części przewodzących dostępnych od części przewodzących obcych oraz oddalenie od siebie części przewodzących dostępnych. Oddalenie to jest wystarczające, jeżeli odległość między dwiema częściami jest mniejsza niż 2 m. Odległość ta może być zmniejszona do 1,25 m poza strefą zasięgu ręki. Kolejna możliwość to umieszczenie skutecznych barier między częściami przewodzącymi dostępnymi a częściami przewodzącymi obcymi. Barier nie powinno się przyłączać do ziemi ani do części przewodzących dostępnych. W miarę możliwości powinny być one wykonane z materiałów izolacyjnych.
Nieuziemione połączenia wyrównawcze
Nieuziemione połączenia wyrównawcze mają na celu zapobieganie pojawianiu się niebezpiecznych napięć dotykowych. Przewody połączeń wyrównawczych miejscowych powinny łączyć między sobą wszystkie części przewodzące dostępne lub przez części przewodzące obce. Warto zwrócić uwagę, aby elementy wyrównawcze nie były połączone z ziemią. Nie mniej istotne pozostają również środki ostrożności, które zapobiegają narażaniu na niebezpieczną różnicę potencjałów osób wchodzących do przestrzeni z połączeniami wyrównawczymi.
Ochrona za pomocą separacji elektrycznej
W świetle przepisów prawa separacja elektryczna pojedynczego obwodu ma na celu zabezpieczenie przed prądem rażeniowym przy dotyku do części przewodzących dostępnych, które mogą znaleźć się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej obwodu. Warto zastanowić się nad tym, czym powinien się charakteryzować obwód separowany. W pierwszej kolejności istotne jest, aby zasilanie było wykonane z transformatora separacyjnego lub innego źródła, które jest w stanie zapewnić poziom bezpieczeństwa nie mniejszy niż transformator separacyjny. Kluczową kwestię zajmuje także sposób wykonania zasilania zapewniający wartość napięcia separowanego nie wyższą niż 500 V. Oprócz tego zaleca się, aby łączna długość oprzewodowania obwodu separowanego nie przekraczała 500 m, natomiast iloczyn długości oprzewodowania i napięcia nie przekraczał 100 000 (LxU ?100 000). Ruchome źródła napięcia separowanego powinny być urządzeniami o II klasie ochronności lub o izolacji równoważnej tej klasie.
Stałe źródła napięcia separowanego powinny być również wykonane w II klasie ochronności oraz muszą być urządzeniami, w których obwód napięcia separowanego jest oddzielony od napięcia zasilającego i obudowy za pomocą izolacji. Wszystkie czynne części obwodu separowanego nie mogą być połączone w żadnym punkcie z innym obwodem lub ziemią, tzn. powinny być oddzielone od innych obwodów, części przewodzących dostępnych, części przewodzących obcych oraz ziemi. Ważne jest także, aby części dostępne przewodzące obwodu separowanego zasilającego tylko jeden odbiornik nie były połączone z żadnymi przewodami ochronnymi oraz z częściami przewodzącymi dostępnymi. Z obwodu separowanego może być również zasilany więcej niż jeden odbiornik. Istotne jest, aby izolacja przewodów była szczególnie starannie wykonana. Jednocześnie powinno się uwzględnić ochronę przed uszkodzeniem. Wszystkie części przewodzące odbiorników obwodu separowanego muszą być między sobą połączone nieuziemionymi przewodami wyrównawczymi. Przewody te nie mogą być połączone z innymi przewodami ochronnymi oraz częściami, które stanowią elementy przewodzące innych urządzeń. Gniazda wtykowe obwodu separowanego muszą być wyposażone w styki ochronne, przyłączone do nieuziemionego przewodu wyrównawczego.
Należy również zwrócić uwagę na to, aby obwody zakończone wtyczkami (z wyjątkiem przewodów dla zasilania odbiorników II klasy ochronności) wyposażone były w żyłę przeznaczoną do połączenia wyrównawczego.
Dostępne na rynku transformatory separacyjne charakteryzują się przede wszystkim wysokim stopniem ochrony, dzięki czemu doskonale nadają się na place budowy i rozbiórki. Niektóre modele są przenośne, wyposażone w uchwyt, przewód sieciowy z żyłą PE, wyłącznik termiczny, a także sygnalizację oraz gniazdo wyjściowe. Urządzenia te wykonane są w II klasie izolacji z ciągłością przewodu ochronnego. Nabyć można również wersje wolnostojące lub pozwalające na montaż na szynie DIN. Produkowane są także transformatory separacyjne o dużych mocach, które przeznaczone są do współpracy z elektronarzędziami. Cechują się one obudowami metalowymi o stopniu ochrony IP 44 oraz gniazdem sieciowym i automatycznym zabezpieczeniem.
Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia
W świetle przepisów prawa samoczynne wyłączenie zasilania jest wymagane wtedy, gdy ze względu na wartość i czas utrzymywania się napięcia dotykowego w wyniku uszkodzenia izolacji może wystąpić niebezpieczne porażenie prądem.
Urządzenie ochronne powinno samoczynnie wyłączyć zasilanie chronionego obwodu w taki sposób, aby w następstwie zwarcia między częścią czynną i częścią przewodzącą dostępną lub przewodem ochronnym albo urządzenia, spodziewane napięcie dotykowe przekraczające 50 V wartości skutecznej prądu przemiennego lub 120 V nietętniącego prądu stałego, było wyłączone tak szybko, żeby nie wystąpiły skutki porażenia dla człowieka. W systemach wytwarzania i rozdziału energii mogą być dopuszczone zarówno dłuższe czasy wyłączenia, jak i wyższe napięcia. W układzie IT zazwyczaj nie wymaga się samoczynnego wyłączenia w przypadku pierwszego doziemienia.
Uziemienia i połączenia wyrównawcze
Pamiętać należy, aby wszystkie części przewodzące dostępne były połączone z przewodem ochronnym z uwzględnieniem wymagań, które są określone dla każdego układu sieci. Części jednocześnie przewodzące powinny być przyłączone do tego samego uziemienia, grupowo lub zespołowo.
W ramach połączeń wyrównawczych wyróżnia się połączenia wyrównawcze główne oraz połączenia wyrównawcze dodatkowe. W każdym obiekcie budowlanym połączenia wyrównawcze główne powinny łączyć ze sobą następujące części przewodzące:
- główny przewód ochronny,
- główną szynę uziemiającą lub główny zacisk uziemiający,
- rury zasilające instalacje wewnętrzne obiektów budowlanych, np. gazu, wody,
- metalowe elementy konstrukcyjne, urządzenia centralnego ogrzewania i systemów klimatyzacyjnych, jeżeli występują.
Elementy przewodzące, doprowadzone z zewnątrz budynku, powinny być połączone możliwie najbliżej miejsca ich wyprowadzenia.
Jeżeli w instalacji lub jej części nie mogą być spełnione warunki samoczynnego wyłączenia zasilania, to mogą znaleźć zastosowanie połączenia wyrównawcze dodatkowe. Zastosowanie połączenia wyrównawczego dodatkowego nie wyklucza konieczności wyłączenia zasilania z innych przyczyn, np. ochrony przeciwpożarowej itp. Połączenia wyrównawcze dodatkowe mogą obejmować całą instalację, część instalacji, jedno urządzenie lub określone miejsce.
Układy TN
Wszystkie części przewodzące dostępne instalacji powinny być przyłączone do uziemionego punktu sieci zasilającej za pomocą przewodów ochronnych uziemionych na każdym transformatorze lub prądnicy albo w ich możliwie najbliższym sąsiedztwie. Uziemionym punktem układu zasilania powinien być punkt neutralny. Jeżeli punkt neutralny jest niedostępny lub nie istnieje, to powinien być uziemiony przewód fazowy. W przypadku, gdy istnieją inne skuteczne połączenia z ziemią, zaleca się przyłączenie do nich przewodów ochronnych wszędzie tam, gdzie jest to możliwe. W dużych obiektach, takich jak bardzo wysokie budynki, ze względów praktycznych niemożliwe jest dodatkowe uziemienie przewodów ochronnych. Połączenia wyrównawcze między przewodami ochronnymi i częściami przewodzącymi obcymi spełniają jednak podobną funkcję. W myśl przepisów zalecane jest uziemienie przewodów ochronnych w punkcie wprowadzenia ich do każdego budynku lub obiektu. W instalacjach stałych ten sam przewód może służyć jako przewód ochronny i przewód neutralny.
W układzie TN mogą być stosowane urządzenia ochronne różnicowoprądowe oraz zabezpieczenia przetężeniowe.
Układy TT
Wszystkie części przewodzące dostępne, chronione wspólnie przez to samo urządzenie ochronne, powinny być połączone ze sobą przewodami ochronnymi i przyłączone do tego samego uziomu. Jeżeli stosuje się kilka urządzeń ochronnych połączonych szeregowo, wymaganie to odnosi się oddzielnie do wszystkich części przewodzących dostępnych, chronionych przez każde z tych urządzeń. Punkt neutralny, a w przypadku jego braku jeden z przewodów fazowych, powinien być uziemiony w każdej prądnicy lub stacji transformatorowej. W układach TT mogą być stosowane zarówno urządzenia ochronne różnicowo-prądowe, jak i zabezpieczenia przetężeniowe.
Jeżeli urządzeniem ochronnym jest zabezpieczenie przetężeniowe, to powinno być ono urządzeniem o zależnej charakterystyce czasowo-prądowej, a prąd wyzwalania musi zapewniać samoczynne zadziałanie w czasie nie dłuższym niż 5 s. Zabezpieczenie przetężeniowe może stanowić również urządzenie z zadziałaniem natychmiastowym. W takim przypadku prąd wyzwolenia powinien być minimalnym prądem, który jest w stanie zapewnić natychmiastowe wyłączenie.
Układy IT
W układach IT części czynne powinny być odizolowane od ziemi lub połączone z ziemią za pośrednictwem impedancji o odpowiednio dużej wartości. Takie połączenie może być wykonane albo w punkcie neutralnym układu, albo w sztucznym punkcie neutralnym. Należy pamiętać, że sztuczny punkt neutralny jest połączony bezpośrednio z ziemią, pod warunkiem że wypadkowa impedancja dla składowej zerowej jest dostatecznie duża. Jeżeli nie ma punktu neutralnego, istnieje możliwość przyłączenia jednego z przewodów fazowych do ziemi przez impedancję. Żaden przewód czynny instalacji nie powinien być bezpośrednio połączony z ziemią. W celu ograniczenia wielkości przepięć lub stłumienia oscylacji napięcia może okazać się konieczne uziemienie przez impedancję lub sztuczne punkty neutralne o impedancji dostosowanej do wymagań instalacji. Części prowadzące dostępne powinny być uziemione indywidualnie, grupowo lub zbiorowo.
Jeżeli układ jest stosowany w celu kontynuowania zasilania, konieczne jest zastosowanie urządzenia kontrolującego stan izolacji, celem wykrycia pierwszego doziemienia pomiędzy częścią czynną a dostępną częścią przewodzącą lub ziemią. Tego typu urządzenie powinno być wyposażone w sygnał dźwiękowy lub optyczny. W układach IT mogą być stosowane urządzenia do stałej kontroli stanu izolacji, zabezpieczenia przetężeniowe oraz podzespoły służące do ochrony różnicowo-prądowej. W układach IT połączenia wyrównawcze dodatkowe muszą obejmować wszystkie części przewodzące jednocześnie dostępne urządzeń stałych i części przewodzące obce. Ważne jest, aby system połączeń wyrównawczych był połączony z przewodami ochronnymi wszystkich urządzeń łącznie z gniazdami wtyczkowymi.
Ochrona za pomocą urządzenia II klasy ochronności
Ochrona, która polega na zastosowaniu urządzenia II klasy ochronności lub o izolacji równoważnej, ma na celu zapobieganie pojawieniu się niebezpiecznego napięcia na częściach przewodzących dostępnych urządzeń elektrycznych w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej. Ochronę tę powinny zapewnić urządzenia elektryczne poddane próbom i oznaczone według odpowiednich norm. Mogą to być urządzenia mające podwójną lub wzmocnioną izolację (urządzenia II klasy ochronności) oraz zespoły urządzeń elektrycznych wykonanych fabrycznie w pełni izolowane.
Obudowa izolacyjna musi być odporna na spodziewane narażenia mechaniczne, elektryczne i termiczne. Przez obudowę izolacyjną nie powinny przechodzić części przewodzące umożliwiające przenoszenie potencjału. Obudowa izolacyjna nie może zawierać żadnych śrub z materiału izolacyjnego, których zastąpienie śrubami metalowymi mogłoby pogorszyć izolację zapewnioną przez obudowę.
Jeżeli pokrywy lub drzwi obudowy izolacyjnej mogą być otwierane bez użycia narzędzia lub klucza, wszystkie części przewodzące, które są dostępne po ich otwarciu, powinny się znajdować za przegrodą izolacyjną, która zapewnia stopień ochrony co najmniej IP 2X. Usuwanie przegrody powinno być możliwe tylko z użyciem narzędzi.
Ważne jest, aby części przewodzące zamknięte w obudowie izolacyjnej nie były połączone z przewodem ochronnym. Należy jednak przewidzieć możliwość przyłączenia przewodów ochronnych, przechodzących przez obudowę w celu obsługi współpracujących urządzeń elektrycznych. W takim przypadku wewnątrz obudowy przewód i jego zacisk musi być izolowany tak jak części czynne. Zacisk ten powinien być odpowiednio oznaczony. Części przewodzące dostępne i części pośrednie nie mogą być połączone z przewodem ochronnym, chyba że przewidziano to w opisie danego urządzenia.
Trzy w jednym
Uniwersalność nowoczesnych urządzeń zabezpieczających pozwala na jednoczesną ochronę przed przeciążeniami i zwarciami oraz na zapobieganie porażeniom w instalacjach jedno- oraz trójfazowych. Dodatkową ochroną jest zabezpieczenie obwodów z gniazdkami ściennymi, znajdującymi się w wilgotnych miejscach. Urządzenia te dostępne są wersjach dwu- i czterobiegunowych na prądy znamionowe od 16 do 125 A oraz prądzie różnicowym od 30 do 500 mA.
Dla przykładu wyłączniki różnicowo–prądowe selektywne typu S firmy Moeller charakteryzują się dużą zwłoką czasową przy wyłączaniu, a także zwiększoną odpornością na udar prądowy, wynoszącą 5 kA. Minimalna zwłoka czasowa to 40 ms. Pracują one selektywnie w stosunku do zainstalowanych wyłączników bezzwłocznych.
Dostępne są również modele przeznaczone do współpracy z przetwornicami częstotliwości, dzięki czemu zapewniona jest ciągłość pracy przy częstotliwości innej niż 50 Hz, a przetwornica chroniona jest przed częstym działaniem wyłącznika. Warto zwrócić uwagę na fakt, że „różnicówki” firmy Moeller (typ B) produkowane są z myślą o instalacjach przemysłowych, gdzie występują prądy sinusoidalne, wyprostowane pulsacyjne oraz gładkie. Wyłączniki różnicowo-prądowe są szeroko stosowane w wydzielonych systemach zasilających stanowiska komputerowe oraz serwery.
inż. Adam Dresler, specjalista ds. pomiarów elektrycznych pod ziemią, Ośrodek Pomiarów i Automatyki Przemysłu Węglowego w Zabrzu
Ochrona przeciwporażeniowa jest podstawowym elementem każdej instalacji elektroenergetycznej, która ma za zadanie ochronę zdrowia i życia człowieka.
Jako użytkownicy instalacji elektroenergetycznych mamy do dyspozycji dwa środki ochrony przeciwporażeniowej: środki techniczne, takie jak ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim, sprzęt ochronny ze środkami ochrony indywidualnej oraz środki nietechniczne tj.: zasady bezpiecznego użytkowania energii elektrycznej, badania i pomiary okresowe, instrukcje eksploatacji, kwalifikacje pracowników i ich szkolenia w zakresie zawodowym (podnoszenie kwalifikacji) i udzielania pierwszej pomocy.
W procesie eksploatacji instalacji i urządzeń elektroenergetycznych ważną rolę z punktu widzenia ochrony przeciwporażeniowej odgrywają okresowe badania i pomiary. Wymagania stawiane instalacjom i urządzeniom są bardzo wysokie, dlatego stwierdzenia o skuteczności ochrony przeciwporażeniowej powinny dokonywać osoby posiadające minimum uprawnienia elektryczne E w zakresie pomiarów elektrycznych pod nadzorem osoby z uprawnieniami D, również w zakresie pomiarowym.
Zgodnie z przepisami prawa budowlanego w obiektach budowlanych pomiary eksploatacyjne, w tym też sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej, powinno się wykonywać w okresie nie dłuższym niż 5 lat.
Wykonując pomiary instalacji i sprawdzenia ochrony przeciwporażeniowej należy zwrócić szczególną uwagę na stan całej instalacji elektrycznej, izolacji przewodów, dobrane elementy i urządzenia zabezpieczające i ich stan techniczny. Pomiary urządzeń zabezpieczających powinny być wykonywane szczególnie dokładnie i poddawane analizie skuteczności ochrony.
Autor: Jacek Miękisz
