Energia elektryczna jest przyjazna człowiekowi. Jednakże w pewnych sytuacjach – jeżeli dojdzie do porażenia prądem elektrycznym – może być bardzo dużym zagrożeniem, skutkującym nawet śmiercią.
Ciało człowieka jest dla prądu elektrycznego przewodnikiem o impedancji zależnej od kilku czynników. Są nimi:
-> rodzaj prądu (zmienny – AC lub stały – DC),
-> wartość napięcia dotyku,
-> droga przepływu prądu (np. ręka – ręka, ręka – stopa, obie ręce – obie stopy),
-> obszar kontaktu ze skórą,
-> warunki skóry w miejscu kontaktu (skóra mokra – słona, skóra mokra, skóra sucha),
-> czas trwania przepływu prądu.
Jeżeli dojdzie do bezpośredniego kontaktu części ciała człowieka z częścią czynną pod napięciem, zgodnie z prawem Ohma dochodzi do przepływu prądu. Przyłożona różnica potencjałów do dwóch różnych części ciała człowieka (np. prawa ręka – lewa stopa) wymusza przepływ prądu, którego wartość zależy od impedancji ciała ludzkiego na drodze przepływu. Na rys. 1 przedstawiono procentowy rozdział całkowitej rezystancji ciała ludzkiego.
W celu wyznaczenia impedancji ciała człowieka przeprowadzono wiele badań. Pierwsze zostały wykonane w 1870 r. i wykazały, że rezystancja naskórka jest większa niż tkanki podskórnej.
Wartość impedancji ciała ludzkiego i jej poprawne wyznaczenie oraz opisanie jest o tyle ważne, że od tej właśnie wartości zależy dobór środków bezpieczeństwa, których zadaniem jest ochrona człowieka w sytuacji porażenia prądem. Takie zabezpieczenia muszą minimalizować szkody, czyli wykrywać jak najniższą wartość prądu oraz najszybciej, jak to możliwe, odłączać jego źródło, tak aby czas narażenia był jak najkrótszy.
Taka definicja zjawiska porażenia prądem opisuje sytuację, w której dochodzi już do zdarzenia niebezpiecznego, czyli o ochronie niezależnej, poza podstawową, mającą chronić w przypadku uszkodzenia (PN-HD 60364-4-41:2009, „Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym”).
W tabeli przedstawiono odczucia i reakcje organizmu ludzkiego na przepływający prąd przemienny podczas porażenia. Skutki długotrwałego przepływu prądu przez organizm ludzki mogą być bardzo groźne, a nawet prowadzić do śmierci.
Sytuacje, w których może dojść do porażenia prądem – obszary wymagań
Z punktu widzenia wymagań oraz propozycji środków ochrony przeciwporażeniowej obszar, w którym wykorzystywana jest energia elektryczna, można podzielić na dwa podobszary. Pierwszy związany jest z urządzeniami energetycznymi mającymi na celu wytwarzanie, przetwarzanie, przesyłanie, dystrybucję, magazynowanie oraz użytkowanie energii. Drugi podobszar dotyczy bezpośrednio odbiorników, jakimi są maszyny podlegające dyrektywie maszynowej (Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn – DzUrz UE L 157 z 9.6.2006 r., s. 2486) i systemy zasilająco-sterownicze współpracujące z tymi maszynami.
Wymagania stawiane urządzeniom energetycznym są przedstawione w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z 28 marca 2013 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach energetycznych (DzU z 2013 r., poz. 492). Rozporządzenie opisuje, w jaki sposób powinno się przeprowadzać prace związane z eksploatacją, konserwacją i pomiarami urządzeń energetycznych, tak aby zminimalizować wypadki związane z tymi pracami, czyli m.in. wyeliminować zdarzenia porażenia prądem.
Jeśli chodzi o odbiorniki energii i instalacje elektryczne niezbędne do pracy tych odbiorników, znajdują się one w obszarze obowiązywania dyrektywy niskonapięciowej 2006/95/WE (Dyrektywa 2006/95/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 12 grudnia 2006 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstwa państw członkowskich, odnoszących się do sprzętu elektrycznego przewidzianego do stosowania w określonych granicach napięcia – DzUrz UE L 374 z 27.12.2006 r., s. 1019) i Rozporządzenia Ministra Gospodarki z 21 sierpnia 2007 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla sprzętu elektrycznego (DzU z 2007 r. nr 155, poz. 1089). Rozporządzenie to wdraża do prawa polskiego dyrektywę niskonapięciową 2006/95/WE i obejmuje swoim zakresem sprzęt elektryczny, przeznaczony do użytkowania przy napięciu nominalnym od 50 V do 1000 V prądu przemiennego lub 75 V do 1500 V prądu stałego.
W kwestiach sposobu zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa w instalacjach elektrycznych można sięgnąć do polskich norm. Jedną z nich, opisującą sposoby ochrony przed porażeniem elektrycznym, jest PN-HD 60364–4-41:2009, „Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym”. Kolejną jest norma z obszaru maszynowego PN-EN 60204-1:2010, „Bezpieczeństwo maszyn. Wyposażenie elektryczne maszyn. Część 1: Wymagania ogólne”.
Analizując przypadki, w jakich może dojść do porażenia prądem elektrycznym, trzeba mieć świadomość, w jakim obszarze wymagań się poruszamy. Zupełnie inne środki techniczne stosuje się dla obszarów dystrybucji energii na poziomie napięć wysokich i średnich, a inne dla obszarów maszynowych, instalacji elektrycznych układów zasilająco-sterowniczych, przy poziomie napięć do 400 V.
Współzależność zagrożeń i narażeń środowiskowych
Na wystąpienie zagrożenia powodowane przez porażenie elektryczne wpływ ma wiele czynników. Na to, czy dojdzie do kontaktu z częścią czynną pod napięciem, mogą wpłynąć np. długotrwałe niszczące warunki środowiskowe, złe praktyki lub całkowity brak prac konserwacyjnych związanych z instalacjami elektrycznymi, szkodliwe oddziaływania mechaniczne na instalacje elektryczne. Na rys. 3 przedstawiono zależność między środowiskiem, człowiekiem a urządzeniem elektrycznym.
W fazie projektowania instalacji elektrycznej należy znać i założyć odpowiednie warunki środowiskowe oraz warunki pracy, w jakich urządzenia elektryczne będą eksploatowane. Błędne określenie tych warunków w fazie projektu skutkować będzie zagrożeniami w fazie użytkowania instalacji.
Wszystkie urządzenia oraz instalacje elektryczne przechodzą odpowiednie pomiary przed oddaniem ich do użytkowania. Najczęściej wykonywane są pomiary rezystancji izolacji, ciągłości układu połączenia ochronnego, impedancji pętli zwarcia. Pozytywne wyniki takich badań i pomiarów pozwalają na przekazanie instalacji elektrycznej oraz urządzeń do eksploatacji.
Eksploatacja urządzeń oraz instalacji – zagrożenia porażeniem
Urządzenia i instalacje, po przejściu pierwotnych, niezbędnych badań, oddawane są do użytkowania. Od tego momentu bezpieczeństwo pracy z instalacjami i urządzeniami elektrycznymi zależy od użytkownika i od planu działań związanego z konserwacją, a także z serwisowaniem takich instalacji. Wbrew pozorom instalacje elektryczne wymagają odpowiedniego podejścia podczas eksploatacji, związanego z monitorowaniem stanu ich zdatności. Plan działania i praktyki konserwacji mogą być różne i będą zależeć od rodzaju instalacji, od liczby urządzeń, od warunków, w jakich pracują, i wielu innych aspektów. Ważne jest, aby istniał w praktyce plan działań związanych z utrzymaniem instalacji elektrycznych w ruchu – pozwoli to na bezpieczne eksploatowanie instalacji przez długi czas i zminimalizuje ryzyko występowania sytuacji niebezpiecznych, związane np. z zagrożeniami porażeniem elektrycznym w wyniku uszkodzenia podstawowej ochrony (np. izolacji części czynnych).
W zależności od tego, jakie środki ochrony przeciwporażeniowej są stosowane jako ochrona podstawowa, a jakie dla ochrony przy uszkodzeniu, odpowiednio opracowuje się strategie okresowych kontroli tych środków. Przykładowo, jeśli podstawowym środkiem ochrony jest izolacja, trzeba założyć okresowe badanie rezystancji izolacji, a czas badań uzależnić od warunków eksploatacji. Im cięższe warunki pracy, np. przewodów elektrycznych, tym częściej należy badać ich zdatność do pracy, czasami nawet wyznaczać wymianę takich przewodów (jeśli pracują np. w środowisku mocno zaolejonym, najskuteczniejszym działaniem jest okresowa wymiana takich przewodów). Jeżeli ochroną jest np. przegroda lub obudowa, należy wykonywać okresowe oględziny i weryfikować jej stan, określając wytrzymałość mechaniczną, zdystansowanie, wielkość ewentualnych szczelin, skuteczność połączenia ochronnego. Oceny zdatności instalacji i urządzeń elektrycznych powinno się dokonywać również po wszelkich pracach, które odbywały się w otoczeniu tych instalacji i urządzeń, a które mogły mieć wpływ na te instalacje (ingerowanie w izolację lub przewód ochronny albo uszkodzenie, powodujące utratę podstawowego środka ochrony).
Podsumowanie
Ustawa Prawo budowlane (t.j. DzU z 2016 r., poz. 290) nakazuje wykonywać w odniesieniu do obiektów budowlanych badania stanu technicznego w okresie co 1 rok lub co 5 lat, w zależności od rodzaju budynku i przeznaczenia. Dobrze jest przenieść tę praktykę również na instalacje związane bezpośrednio z maszynami i układami zasilająco-sterującymi linii produkcyjnych. Okresowe audyty, połączone z badaniami i oględzinami maszyn, szaf sterowniczych i urządzeń ogólnotechnicznych, z pewnością zminimalizują ilość sytuacji niebezpiecznych podczas normalnej eksploatacji urządzeń elektrycznych.
Autor: Tomasz Otrębski zatrudniony jest w Elokon Polska na stanowisku kierownika Regionu Południe. Jest specjalistą ds. Inżynierii Bezpieczeństwa Maszyn i Procesów. Ma ponad 13-letnie doświadczenie jako: projektant systemów sterowania i zasilania w obszarze maszynowym, specjalista ds. automatyki, specjalista ds. bezpieczeństwa maszyn. Trener i wykładowca od 2003 r. Prowadzi szkolenia z budowy systemów sterowania oraz z systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem.
Tekst pochodzi z nr 4/2016 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
Literatura
A. Dina, V. Zaharescu, B. Guzun, G. Comănescu, „Maximum permissible touch and step voltages assessment in high voltage systems (>1 kV)”, „U.P.B. Sci. Bull.”, Series C, Vol. 74, Iss. 3, 2012, pp. 283-292.
S. Gierlotka, „Badania impedancji ciała człowieka”, elektro.info.pl.
M. Sauczek, „Urządzenia elektryczne”, Materiały z wykładu na wydziale Elektrycznym Politechniki Śląskiej w Gliwicach.
H. Markiewicz, „Bezpieczeństwo w elektroenergetyce. Zagadnienia wybrane”, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2012.
