Będąc członkiem Komitetu NFPA 70E i instruktorem, słyszę wiele opinii, które często są nieprawdziwe. Jedną z nich jest stwierdzenie: „Nie należy się obawiać łuku elektrycznego przy napięciach niższych od 240 V”. Rzeczywiście przy niższych napięciach trudniej podtrzymać łuk elektryczny. Znane są jednak dobrze udokumentowane wypadki przy napięciu 208 V, które zakończyły się dużym, podtrzymanym wyładowaniem łukowym wskutek możliwości wymuszenia odpowiedniego prądu zwarciowego. Tego rodzaju prądy zwarciowe obserwuje się w wysokich budynkach lub starszych technologicznie obiektach handlowych, w których korzysta się z napięcia 208 V zamiast 480 V. Power Florida & Light dysponuje zapisem wideo jednego z takich wypadków o tytule – „Kiedy zaczyna się wyładowanie łukowe”. Sekwencje filmowe mogą rzeczywiście przekonać wszystkich, którym wydaje się, że nie ma żadnego zagrożenia łukiem poniżej napięcia 240 V.
Zdjęcie przedstawia efekt działania łuku elektrycznego w rozdzielnicy zasilanej napięciem 480 V
Inne często słyszane twierdzenie to: „W przypadku wejścia w obszar zawierający wyposażenie elektryczne konieczne jest użycie sprzętu ochrony osobistej (PPE) przed skutkami oddziaływania łuku elektrycznego”. Natomiast zdaniem specjalistów w przypadku prawidłowego działania wyposażenia elektrycznego i przy zabezpieczeniu drzwi rozdzielnicy oraz braku dostępnych części pod napięciem nie wymaga się sprzętu ochronnego.
Jedna z propozycji, którą zaproponowano w ostatnim raporcie NFPA 70E na spotkaniu wnioskowym, zawiera jednoznaczne stwierdzenie o braku konieczności używania sprzętu ochrony osobistej na obszarze zawierającym prawidłowo działające wyposażenie elektryczne. Wniosek ten jednak odrzucono, ponieważ wielu członków komitetu uważało, że stwierdzenie to jest zbędne w przepisach. Ponieważ jednak często jestem pytany o wymienioną sytuację, myślę, że w przyszłości wznowię wniosek na spotkaniu.
Energia wyładowania
Wielu ludzi uważa że, dane znamionowe wyładowania łukowego podane na sprzęcie ochrony osobistej i wyposażeniu zapewniają pełną ochronę od skutków łuku i energii związanej z wyładowaniem łukowym o niższych parametrach od znamionowych. Twierdzenie to nie jest zgodne z wymaganiami ASTM. Dane znamionowe wyładowania łukowego podane na sprzęcie ochrony osobistej (w tym ochrony twarzy) i ubraniach, dotyczą energii związanej z przepływem prądu w czasie 0,1 sekundy, co może zakończyć się oparzeniem drugiego stopnia skóry pod odzieżą lub uszkodzeniem sprzętu ochrony osobistej. W zrozumieniu pojęcia energii związanej z wyładowaniem mogą być pomocne następujące zasady. Energia wyładowania zależy proporcjonalnie od czasu. W przypadku podwojenia czasu narażenia energia oddziaływująca na powierzchnię wzrasta dwukrotnie.
W czasie otwierania osłony pola rozdzielnicy zasilanej napięciem 480 V należy zastosować odpowiedni sprzęt ochrony osobistej
Kompaktowy lub obudowany wyłącznik zwykle ma maksymalny czas wyłączenia (od powstania zwarcia do momentu zgaszenia łuku) wynoszący około 2 okresów (około 0,03 sekundy, w USA częstotliwość wynosi 60 Hz, czyli czas trwania okresu wynosi 16,7 ms). Dla automatycznych wyłączników niskonapięciowych zazwyczaj maksymalny czas wyłączenia nie przekracza czterech okresów (około 0,07 sekundy). Wskutek procesów starzeniowych i/albo nieprawidłowych czynności eksploatacyjnych czasy wyłączenia tych urządzeń wydłużają się nawet o kilka okresów, co powoduje katastrofalną kumulację powstałej energii wyładowania.
Jeżeli wyłącznik nie otworzy się przy przepływie prądu zwarciowego – co obserwowałem wielokrotnie w praktyce zawodowej – energia wyładowania może wzrosnąć przynajmniej 10-krotnie. Poziom jej wzrostu zależy od szybkości reakcji na przepływający prąd zwarciowy kolejnego przetężeniowego urządzenia ochronnego (OCPD). Jeżeli następne zabezpieczenie nadprądowe traktuje przepływ prądu awaryjnego jako zwarcie elektryczne, wówczas prawdopodobnie energia tylko podwoi się lub potroi. Jeśli natomiast kolejne zabezpieczenie OCPD traktuje powstałe zdarzenie jako przeciążenie (z powodu np. ustawień wyzwalaczy), to czas jego zadziałania może wynosić kilka sekund. Wynika stąd, że energia wyładowania może być stosunkowo niewielka w przypadku prawidłowego zadziałania wyzwalacza wyłącznika lub ogromna, jeśli skumulowały się nieprawidłowe reakcje urządzeń.
Niewątpliwie dobrą informacją jest odwrotnie proporcjonalna zależność energii wyładowania od kwadratu odległości – co powoduje, że oddalając się od źródła łuku ilość ciepła odbierana przez ciało zmniejsza się bardzo szybko. Jeśli więc mamy wybór pomiędzy pracą w pobliżu albo – co jest zazwyczaj mniej wygodne – z odległości, to przy potencjalnym wyładowaniu łukowym wykonujący pracę z odległości zaabsorbuje mniej ciepła. Alternatywna sytuacja pracy w pobliżu części pod napięciem powoduje, że podczas zwarcia otrzymana energia znacznie się powiększa ze względu na bliższy kontakt z potencjalnym źródłem ciepła, czyli łukiem.
W czasie otwierania osłony pola rozdzielnicy zasilanej napięciem 480 V należy zastosować odpowiedni sprzęt ochrony osobistej
Każda warstwa odzieży pod ubraniem łukoochronnym zmniejsza do około połowy ilość ciepła absorbowaną przez ciało. Wynika stąd jednoznacznie, że wprowadzenie łatwopalnej warstwy pod ubranie łukoochronne nie zwiększa zakładanego poziomu ochrony przed łukiem, tylko zmniejsza ilość ciepła, które może być odebrane przez ciało. Zasada 410(A)(3) w NESC stwierdza:
„Uwaga 1: System odzieży (wielowarstwowej), który zawiera zewnętrzną warstwę z materiału odpornego na płomień i palną warstwę wewnętrzną, potrafi zablokować więcej ciepła niż warstwa pojedyncza. Na skutek połączenia wielu warstw można oszacować odporność na łuk.”
Niestety pracownicy o tym nie wiedzą. Uwaga wskazuje, że wielokrotne warstwy zablokują więcej ciepła, ale przekroczenie łukoodporności warstwy zewnętrznej spowoduje jej przerwanie i uszkodzenie powierzchni. Otwór występuje wówczas, gdy przy znamionowych parametrach łuku tkanina zwęgla się, kruszy i rozpada. Jeżeli taki proces ma miejsce, to łatwopalne spodnie warstwy zapalą się, co pozwala przewidzieć poważne następstwa. W punkcie 410 występują także inne stwierdzenia, które wymagają przemyślenia.
Postawa wobec rzeczywistości
Często słyszy się następujące stwierdzenie: „Nigdy nie mieliśmy w tym miejscu wypadku, więc dlaczego przejmować się tym wszystkim?” W podobny optymistyczny sposób myślą ludzie mówiący: „Wykonywaliśmy tę czynność przez 20, 25, 30 lat, więc dlaczego powinniśmy obecnie to zmieniać?” i „Wyładowania łukowe są tak rzadkie, że prawdopodobnie nigdy żadnego nie doświadczymy”. Ja również cenię wszystkich, którzy dbają o życie i pomyślność innych.
Rzeczywiście, wyładowania łukowe są stosunkowo rzadkimi wydarzeniami. W czasie kursów bezpieczeństwa elektrycznego pytam o doświadczenia związane z wyładowaniami łukowymi, o których opowiada aż 90–95% uczestników. Większość z nich, poza stopionym wkrętakiem lub utraconą brwią, bez innych poważnych obrażeń, nie doświadczyła jeszcze bezpośredniego zetknięcia z łukiem.
Duże wyładowania łukowe występują rzadko, ale kiedy powstają, zmieniają bieg życia w ułamku sekundy, a właściwie w czasie krótszym niż 0,1 sekundy.
Doktor Mary Cappelli-Schelpheffer twierdzi, że około 70% ludzi, którzy przeżyli wyładowanie łukowe, korzysta z długookresowej opieki prawnej, a prawie 60% rozwodzi się. Jeśli perspektywa wielokrotnych operacji chirurgicznych i ciągłego bólu ma być twoją codziennością? Nie ryzykuj zdrowia i życia innych!
Przewody i wyposażenie pod napięciem
Inne błędne twierdzenie jest następujące: „Nie ma zagrożenia łukiem elektrycznym, jeśli nie występują dostępne części pod napięciem – przewody lub obwody”. Zdanie to jest prawie prawdziwe. Dla większości rodzajów wyposażenia elektrycznego, prawdopodobieństwo wystąpienia wyładowania łukowego jest bardzo niskie – ale jednak możliwe, nawet jeśli urządzenia działają prawidłowo, a obudowa jest właściwie zabezpieczona. Wynika to stąd, że w stanie prądowym włączanie lub odłączanie członów wysuwnych wyłączników, rozłączanie w stanie prądowym wtyków zasilających lub sterowania zasilaniem silników (MCC) może spowodować łuk elektryczny w miejscach, gdzie zwykle nie ma dostrzegalnego ryzyka. „Dostrzegalne” jest ważnym słowem w tym stwierdzeniu, ponieważ prawidłowo pracujące wyposażenie elektryczne w każdej chwili może ulec uszkodzeniu. Łatwo się domyślić, że bezpieczniejsze jest stwierdzenie, iż wyposażenie elektryczne nie działa prawidłowo, ponieważ nie wiemy, kiedy nastąpi uszkodzenie, które zazwyczaj występuje bez uprzedzenia.
Nawet najlepiej wykwalifikowani pracownicy mogą popełniać błędy, nawet jeśli mają za sobą wiele lat doświadczenia. Możemy być bowiem roztargnieni przez problemy osobiste (dzieci, współmałżonkowie, finanse etc), dolegliwości fizyczne (w postaci braku snu, występowania bezdechu i innych dolegliwości sennych) albo z powodu zażywania lekarstw. Z tego powodu OSHA nakazuje wyłączenie zasilania wyposażenia zanim rozpoczniemy pracę na wyposażeniu lub w jego pobliżu. 29CFR1910.333(a)(1) stwierdza – Części czynne, których pracownik może dotknąć, powinny być odłączone od zasilania zanim pracownik będzie kontynuować prace na nich lub w ich pobliżu, chyba że pracodawca może zademonstrować, że wyłączenie zasilania wprowadza dodatkowe albo zwiększone ryzyko lub jest niewykonalne z powodu zaprojektowanego wyposażenia albo ograniczeń ruchowych.
W przepisie podano, że części czynne „powinny być odłączone od napięcia”. Słowo „chyba” jest w tym przypadku użyte niefortunnie, ponieważ wskazuje, że możemy szukać innych sposobów pracy na obwodach i wyposażeniu będącym pod napięciem. Nie jest więc prawdą, że OSHA w przepisach podaje tylko wąską perspektywę dla technologii prac pod napięciem.
Jeśli ma miejsce wypadek elektryczny, musisz być przygotowany, aby obronić podjętą decyzję pracy przy urządzeniach w trybie pod napięciem. Jest to możliwe, jeśli nie będziesz wprowadzał samowolnych zmian w technologii pracy. Są jednak przypadki, kiedy należy rozważyć prace niewykonalne w trybie z wyłączonym napięciem, takie jak sprawdzenie napięcia, inne prace diagnostyczne albo praca przy bateriach akumulatorów, które nie mogą być odizolowane. W tych rzadkich sytuacjach NFPA 70E wskazuje użycie „zezwolenia na pracę pod napięciem”.
To pozwolenie zapewnia podjęcie właściwych środków zapewniających ocenę ryzyka, wybór właściwych środków ochrony i otrzymanie koniecznej aprobaty nadzoru do wykonania niebezpiecznej pracy. NFPA 70E, Annex J podaje przykładowe pozwolenie na pracę. Ponieważ treść pozwolenia umieszczono w załączniku, więc może zostać zmodyfikowane w celu dostosowania do warunków panujących w miejscu pracy. Tabele zawarte w NFPA 70E są często częściowo wykorzystywane i błędnie rozumiane. Osoby z nich korzystające wiedzą tylko, jak wybrać z tabel współczynniki ryzyka, typ wyposażenia, na którym pracują, oraz kategorię ryzyka. Dlaczego nie chcemy poświęcić czasu i wysiłku potrzebnego dla zapewnienia własnej ochrony? Wielu pracowników polega na innych osobach podejmujących decyzje, które bezpośrednio dotyczą ich życia i zdrowia.
Mamy tu jednak wskazówkę w postaci tabeli 130.7(C)(9) zestawiającej czynniki ryzyka dla właściwie zaprojektowanego wyposażenia, prawidłowo zainstalowanego i eksploatowanego. Jeżeli stosujemy wymienioną tabelę podaną w NFPA 70E lub etykiety łukoodporności, to należy także wykonać analizę ryzyka – bez względu na zdanie innych osób. Jeśli wyposażenie, na którym pracowano, uległo kiedykolwiek awarii, nie było prawidłowo utrzymywane albo istnieją inne podejrzenia co do jego stanu, wówczas wytyczne z tabel i dane z etykiet są niewystarczające do prawidłowej ochrony.
Uważaj na następujące błędne twierdzenie: „Jestem profesjonalnym inżynierem, więc posiadam wszelkie kwalifikacje, aby wykonywać analizy dotyczące łuku elektrycznego.” Zatrzymaj się na chwilę. Czy posiadasz analizę zagrożenia łukiem elektrycznym wykonaną przez przedsiębiorstwo, które rozumie systemy elektroenergetycznego zasilania i szczegóły podane w tego typu opracowaniach? Sam fakt posiadania przez osobę tytułu wykwalifikowanego inżyniera jeszcze nie oznacza kompetencji do wykonywania analiz wyładowań łukowych.
Wnioski
Mój tata zawsze mawiał: „Miej oczy szeroko otwarte”. Jest to ważne, szczególnie przy pracy przy urządzeniach pod napięciem. Korzystaj również ze szkoleń przeprowadzanych przez doświadczone, wykwalifikowane osoby i przedsiębiorstwa.
Jak możesz sprawdzić ich kwalifikacje? Jeśli prowadzący szkolenia doradzają, w jaki sposób obejść przepisy OSHA lub twierdzą, że NFPA 70E jest zbyt restrykcyjny, to oznacza, że prawdopodobnie powinieneś szukać wiedzy u innych osób.
Jest wiele wilków w owczej skórze. Sama umiejętność chodzenia i mówienia nie wystarcza do prowadzenia szkolenia. Zadawaj pytania prowadzącym i analizuj ich odpowiedzi, korzystając z przepisów OSHA albo NFPA 70E. Podejmij inicjatywę własnej ochrony i twojej rodziny. I nie wierz wszystkiemu „o czym wróble ćwierkają na dachu”.
James R. White jest kierownikiem szkoleń w Shermco Industries.
Artykuł pod redakcją dr. inż. Marka Olesza, weryfikacja tekstu – dr hab. inż. R.Partyka.
Dr. inż. Marek Olesz i dr hab. inż. Roman Partyka są pracownikami Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej.
Na gruncie polskim
Wytyczne prowadzenia eksploatacji urządzeń elektrycznych podaje norma europejska PN – EN 50110-1 Eksploatacja urządzeń elektrycznych będąca tłumaczeniem normy międzynarodowej IEC. Część pierwsza normy zestawia minimalne wymagania obowiązujące we wszystkich krajach wspólnoty europejskiej, a druga załączniki normatywne dotyczące bezpieczeństwa pracy w poszczególnych krajach. Procedury eksploatacyjne podane w punkcie 6 normy przewidują 3 rodzaje prac – przy całkowicie wyłączonym napięciu, prace pod napięciem i w pobliżu napięcia. Każda z procedur wymaga zastosowania odpowiednich środków zabezpieczających przed porażeniem prądem elektrycznym oraz skutkami wyładowań łukowych. Zakwalifikowanie czynności do odpowiedniej procedury wynika z definicji strefy pod napięciem i strefy w pobliżu napięcia. Przykładowo wg EN 50179 dla napięcia poniżej 1 kV odstęp w powietrzu wyznaczający strefę prac pod napięciem określono przez brak dotyku, a dla 3÷6 kV – jako 12 cm, 15 kV – 16 cm. Natomiast granica strefy w pobliżu napięcia poniżej 1 kV to 50 cm, 3÷6 kV – 112 cm, a przy 15 kV – 116 cm.
Procedura pracy przy wyłączonym napięciu wymaga spełnienia 5 następujących czynności zapewniających właściwe przygotowanie miejsca pracy:
- wyłączenie i odłączenie (oddzielenie – odpowiedni odstęp powietrzny lub równoważna skuteczna izolacja i niezawodna izolacja) urządzenia,
- zabezpieczenie przed ponownym załączeniem (zazwyczaj mechaniczna blokada, wyłączenie zasilania napędów łączników, tabliczki informacyjne),
- sprawdzenie braku napięcia w miejscu pracy (wskaźniki napięcia lub zdalnie sterowane uziemniki),
- zwarcie i uziemienie zacisków urządzenia (uziemiacze przenośne i stałe powinny być widoczne z miejsca pracy),
- zabezpieczenie przed sąsiednimi częściami pod napięciem (dodatkowe środki ostrożności wynikające z trybu pracy w pobliżu napięcia – czyli zastosowanie ekranów, przegród, osłon lub obudów izolacyjnych lub odpowiedniego nadzoru – czasem wprowadzenie wymienionych barier wymaga wykonania pracy w trybie pod napięciem.
W przypadku pracy pod napięciem pracownicy dotykają bezpośrednio części (gołymi rękami – praca na potencjale lub w rękawicach izolacyjnych – praca w kontakcie) lub wprowadzają w strefę pod napięciem części swojego ciała lub odpowiednie narzędzia (praca z odległości). W czasie tych prac pracownicy powinni stosować odpowiedni sprzęt ochronny – buty, rękawice izolacyjne, osłona oczu i twarzy, głowy, ubranie ochronne, chodniki izolacyjne, osłony izolacyjne, narzędzia izolowane, drążki izolacyjne itd., stosownie do wymagań instrukcji pracy przewidującej wykonanie określonego zestawu czynności w celu wykonania konkretnej pracy.
Szczegółowe informacje dotyczące przebiegu wymienionych prac powinny być podane w zakładowych instrukcjach eksploatacji, które są obligatoryjne w myśl wymagań rozporządzenia ministra gospodarki z dnia 17 września 1999 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych (Dz. U. Nr 80, poz. 912).
Autor: Jim White
