Ochrona przeciwporażeniowa
advertisement
Ochrona przeciwporażeniowa mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Zespół Szkół nr 2 w Wyszkowie 2012 r. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Podstawowe pojęcia dotyczące ochrony przeciwporażeniowej Prąd rażeniowy jest to prąd płyniący przez ciało człowieka w chwili gdy człowiek dotknie jednocześnie dwóch punktów o różnych potencjałach elektrycznych. Części czynne są to części przewodzące urządzeń elektrycznych będące pod napięciem lub mogące znaleźć się pod napięciem w warunkach pracy normalnej urządzenia elektrycznego. Części przewodzące dostępne są to części przewodzące urządzeń elektrycznych, które mogą być dotknięte przez człowieka i które mogą znaleźć się pod napięciem jedynie w wyniku uszkodzenia izolacji (w warunkach pracy normalnej nie znajdują się pod napięciem). Części przewodzące obce są to części przewodzące nie należące do urządzeń elektrycznych, które mogą znaleźć się pod pewnym potencjałem (najczęściej jest to potencjał zerowy ziemi). mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Rodzaje napięć Napięcie znamionowe jest to napięcie, na które dane urządzenie lub instalacja została zaprojektowana i zbudowana. Napięcie robocze jest to napięcie między częściami przewodzącymi obwodu elektrycznego a ziemią lub między częściami przewodzącymi należącymi do różnych biegunów obwodu elektrycznego. Napięcie to jest zbliżone swą wartością do napięcia znamionowego. Napięcie dotykowe jest to napięcie pojawiające się między częściami jedocześnie dostępnymi w przypadku uszkodzenia izolacji. Napięcie to jest zwykle mniejsze bądź równe napięciu roboczemu. Napięcie krokowe jest to napięcie występujące między dwoma punktami na powierzchni gruntu lub stanowiska roboczego, odległymi od siebie o 1 metr. Napięcie rażeniowe jest to spadek napięcia na ciele ludzkim podczas przepływu prądu rażeniowego. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Podział niskiego napięcia na zakresy napięciowe Niskie napięcie jest to napięcie prądu przemiennego do 1000 V i prądu stałego do 1500 V. Napięcie to podzielono dodatkowo na dwa zakresy: Zakres I II Podzakres 1 2 3 1 2 Prąd przemienny U ¬ 50 U ¬ 25 U ¬ 12 50 ¬ U ¬ 600 50 ¬ U ¬ 1000 Prąd stały U ¬ 120 U ¬ 60 U ¬ 30 120 ¬ U ¬ 900 120 ¬ U ¬ 1500 Pierwszy zakres napięciowy podzielony został dodatkowo na trzy (drugi na dwa) podzakresy. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Klasy ochronności urządzeń elektrycznych Urządzenia (odbiorniki) elektryczne dzieli się na klasy ochronności ze względu na wymagany oraz możliwy do zastosowania sposób ochrony przeciwporażeniowej. Wyróżniamy cztery klasy ochronności: mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Stopnie ochrony zapewniane przez obudowy (kod IP) Obudowy urządzeń elektrycznych pełnią ważną rolę w ochronie ludzi przed zagrożeniami wprowadzanymi przez urządzenia oraz w ochronie tych urządzeń przed wpływem środowiska. Dlatego też wprowadza się stopnie ochrony zapewnione przez obudowy. Stopnie te oznaczone są literami kodu (IP) oraz dwoma cyframi a nieraz również literą dodatkową lub uzupełniającą, na przykład IP64. Pierwsza cyfra (od 0 do 6) określa stopień ochrony ludzi przed dotknięciem części będących pod napięciem i części ruchomych. Druga cyfra (od 0 do 8) wyznacza wielkość ochrony przed przedostawaniem się wody do wnętrza urządzenia. Jesli któraś z cyfr jest nieokreślona, zastępuje się ją literą X. Na trzecim i czwartym miejscu mogą występować duże litery, określające bardziej szczegółowo cechy obudowy. Oznaczenia te nie są obowiązujące. Przykłady: IP44, IPX5, IP20C. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Nietechniczne środki ochrony przeciwporażeniowej Do nietechnicznych (organizacyjnych) środków ochrony przeciwporażeniowej zaliczamy: • właściwą organizację pracy (instrukcje eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych, pisemne polecenia wykonywania prac); • egzekwowanie przestrzegania reguł bezpiecznej pracy; • szkolenia wstępne i okresowe wszystkich pracowników użytkujących i obsługujących urządzenia elektryczne; • popularyzacja sposobów i zasad bezpiecznego użytkowania energii elektrycznej; • wymagania kwalifikacyjne dla pracowników obsługujących urządzenia elektryczne; • szkolenia w zakresie udzielania pierwszej pomocy przy porażeniach prądem elektrycznym. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Techniczne środki ochrony przeciwporażeniowej Do technicznych środkow ochrony przeciwporażeniowej zaliczamy: • ochronę przed dotykiem bezpośrednim (ochronę podstawową) zwaną także ochroną w warunkach pracy normalnej urządzeń elektrycznych; • ochronę przy dotyku pośrednim (ochronę dodatkową) zwaną również ochroną przy uszkodzeniu izolacji urządzeń; • ochronę uzupełniającą – realizowaną przez zastosowanie wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych, o znamionowych prądach różnicowych nie większych niż 30 mA; • ochronę równoczesną przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim – realizowaną przez zasilanie urządzeń napięciem bezpiecznym; mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim Środki ochrony podstawowej, uniemożliwiającej dotyk części czynnych w warunkach normalnej pracy urządzeń elektrycznych: • izolowanie części czynnych (izolacja podstawowa); • umieszczenie części czynnych urządzeń i elementów instalacji poza zasięgiem ręki; • obudowy, ogrodzenia (przegrody); • bariery (przeszkody). Ochrona przez zastosowanie barier oraz umieszczenie części czynnych urządzeń poza zasięgiem ręki jest ochroną tylko częściową. Środki te stosuje się jedynie w wyjątkowych przypadkach. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Izolacja podstawowa Izolowanie części czynnych jest najbardziej rozpowszechnionym środkiem ochrony przed dotykiem bezpośrednim. Izolacja podstawowa powinna być wykonana z właściwych materiałów izolacyjnych zapewniających: • całkowite pokrycie wszystkich części czynnych urządzeń; • odpowiednią trwałość mechaniczną; • odporność na długotrwałe narażenia w czasie eksploatacji urządzeń. Nie uznaje się za izolację podstawową izolacji roboczej wykonanej w postaci warstwy farby, pokostu, lakieru i podobnych wyrobów wykonanych samodzielnie. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Umieszczenie części czynnych urządzeń i elementów instalacji poza zasięgiem ręki Umieszczenie części czynnych urządzeń i elementów instalacji poza zasięgiem ręki zapobiega niezamierzonemu ich dotknięciu przez człowieka. Dwie części uważa się za jednocześnie dostępne, jeżeli znajdują się w odległości mniejszej niż 2,5 m. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Obudowy, ogrodzenia (przegrody) Obudowy i ogrodzenia powinny skutecznie uniemożliwiać dotknięcie części czynnych. Obudowy powinny mieć stopień ochrony conajmniej IP2X (uniemożliwiający dotknięcie części czynnej palcem). Obudowy, które chronią przed dotykiem od góry, powinny mieć stopień ochrony conajmniej IP4X (uniemożliwiają dotknięcie części czynnej drutem). Demontaż obudowy powinien być możliwy jedynie za pomocą odpowiednich narzędzi lub po wyłączeniu napięcia. Ogrodzenia powinny także mieć stopień ochrony conajmniej IP2X. Powinny mieć odpowiednie zamocowanie, uniemożliwiające ich przesunięcie bez wysiłku. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie barier (przeszkód) Bariery to ogólna nazwa środków, które mogą być wykonane w postaci poręczy, łańcuchów, siatek o niewielkiej wysokości. Ochrona przez zastosowanie barier powinna uniemożliwiać niezamierzone niebezpieczne zbliżenie się do części czynnych urządzeń elektrycznych lub dotknięcie ich podczas eksploatacji. Bariery powinny być zabezpieczone przed niezamierzonym ich przesunięciem. Bariery jako środek ochrony przeciwporażeniowej mogą być stosowane wyjątkowo, np. w pomieszczeniach ruchu elektrycznego, na stanowiskach prób laboratoryjnych, itp. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Środki ochrony przy dotyku pośrednim (środki ochrony dodatkowej) Środki te powinny działać przy uszkodzeniu izolacji podstawowej. Dzielimy je na pięć grup: • samoczynne wyłączenie zasilania; • urządzenia II klasy ochronności; • izolowane stanowisko; • nieuziemione połączenia wyrównawcze; • separacja elektryczna. Samoczynne szybkie wyłączenie zasilania jest najbardziej rozpowszechnionym sposobem ochrony przy dotyku pośrednim. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania Ochrona ta polega na połączeniu części przewodzących dostępnych z przewodem ochronnym PE. Wówczas przy uszkodzeniu izolacji podstawowej utworzona zostanie pętla zwarcia. Impedancja pętli zwarcia powinna być na tyle mała aby płynący prąd zwarciowy spowodował samoczynne zadziałanie zabezpieczenia wyłączającego zasilanie w odpowiednio krótkim czasie. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania stosowana jest we wszystkich typach sieci (układy TN, TT i IT). Dla każdego typu sieci obwód zwarcia jednofazowego z przewodem PE jest inny. Inne są więc warunki dotyczące czasów samoczynnego wyłączenia i rezystancji uziemień przewodów PE. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci typu TN mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Warunek samoczynnego wyłączenia zasilania w sieci typu TN gdzie: Zs – impedancja pętli zwarciowej; Ia – prąd wyłączający, powodujący wyłączenie zasilania w wymaganym czasie; U0 – napięcie znamionowe sieci względem ziemi. Prąd zapewniający szybkie wyłączenie zasilania Ia zależy do rodzaju zabezpieczenia i równy jest: dla wyłączników nadprądowych Ia = ( 5 · IN 10 · IN 20 · IN – dla wyłączników o charakterystyce B – dla wyłączników o charakterystyce C – dla wyłączników o charakterystyce D dla wyłączników różnicowoprądowych Ia = I∆N ; dla zabezpieczeń topikowych prąd Ia dobierany jest na podstawie charakterystyk czasowo-prądowych lub z odpowiednich tabel. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci typu TT mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Warunek samoczynnego wyłączenia zasilania w sieci typu TT gdzie: RA – suma rezystancji uziemienia i przewodu ochronnego; Ia – prąd wyłączający, (dobrany jak w układach TN); UL – napięcie bezpieczne. Napięcie graniczne dopuszczalne UL zależy od rodzaju prądu i warunków środowiskowych i równe jest: – dla prądu przemiennego UL = ( 50 V 25 V 12 V – dla warunków środowiskowych normalnych – dla warunków środowiskowych szczególnych – dla warunków środowiskowych szczególnie niebezpiecznych – dla prądu stałego odpowiednie wartości napięć bezpiecznych równe są: 120 V, 60 V i 30 V. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przy uszkodzeniu w sieci typu IT mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przy uszkodzeniach izolacji w sieci typu IT W sieciach typu IT uszkodzenie izolacji podstawowej w jednym urządzeniu nie powoduje zwykle zagrożenia porażeniowego. Prądy doziemne Id mają stosunkowo małe wartości. Warunek RA · Ia ¬ UL przy pojedynczym doziemieniu jest zawsze spełniony. Spełnienie tego warunku pozwala na nie wyłączanie obwodów z pojedynczym doziemieniem. Ma to istotne znaczenie przy zasilaniu odbiorników, których różnych powodów nie wolno nam wyłączyć (sale operacyjne, sztaby wojskowe, studia telewizyjne itp). Praca układu IT z pojedynczym uszkodzeniem może doprowadzić do drugiego uszkodzenia izolacji w innym urządzeniu. W takich przypadkach konieczne jest samoczynne wyłączenie zasilania. Urządzeniami, które umożliwiają kontynuowanie zasilania po wystąpieniu pierwszego doziemienia są urządzenia kontrolujące samoczynnie stan izolacji całej sieci (UKSI). Urządzenia UKSI instalowane są na początku całej sieci IT. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przy uszkodzeniu w sieci typu IT mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie urządzeń II klasy ochronności Urządzenia II klasy ochronności mają izolację podwójną, wzmocnioną lub wykonaną w inny sposób zapewniający bezpieczeństwo nie mniejsze niż urządzenia o izolacji podwójnej. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie urządzeń II klasy ochronności Urządzenia II klasy ochronności mogą być stosowane we wszystkich układach sieciowych (z pewnymi wyjątkami, np. nie wolno stosować suszarek do włosów podczas kąpieli w wannie). Przewody i kable zasilające urządzenia II klasy ochronności powinny mieć również odpowiednią izolację podwójną lub wzmocnioną. Urządzenia II klasy ochronności powinny być oznaczone symbolem: Przewód zasilający urządzenie II klasy ochronności nie powinien mieć żyły ochronnej, wtyczka nie powinna mieć zacisku ochronnego. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie izolowanego stanowiska Ten środek ochrony stosuje się w pomieszczeniach o izolowanych podłogach i ścianach. Ma on zapobiegać jednoczesnemu dotknięciu części przewodzących, na których może pojawić się niebezpieczne napięcie dotykowe. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie nieuziemionych połączeń wyrównawczych Ten rodzaj ochrony dodatkowej ma zapobiegać porażeniom przy dotyku pośrednim na drodze ręka-ręka, gdy jednocześnie nie występuje zagrożenie na drodze ręka-stopy (stanowisko jest izolowane). mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie separacji elektrycznej Ochrona przeciwporażeniowa przez separację polega na odizolowaniu separowanego obwodu od sieci zasijającej. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Ochrona przez zastosowanie separacji elektrycznej Źródłem zasilania obwodu separowanego mogą być transformatory separacyjne (transformatory o specjalnej budowie) lub żródła zapewniające poziom bezpieczeństwa równoważny transformatorom separacyjnym (przetwornice separacyjne). Ochrona przez separację elektryczną jest szczególnie skuteczna przy zasilaniu tylko jednego odbiornika. Przy zasilaniu z obwodu separowanego więcej niż jednego odbiornika, powinny być dodatkowo spełnione następujące warunki: • wszystkie dostępne części przewodzące powinny być połączone między sobą nieuziemionymi przewodami wyrównawczymi; • styki ochronne wszystkich gniazd wtyczkowych powinny być połączone z przewodami wyrównawczymi; • w przypadku wystąpienia podwójnego zwarcia części czynnych z przewodzącymi częściami dostępnymi, urządzenia ochronne powinny zapewnić samoczynne wyłączenie zasilania w odpowiednio krótkim czasie. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim realizowana jest przez zastosowanie obwodów oznaczonych jako SELV i PELV. Są to obwody zasilane niskim napięciem nie przekraczającym napięć pierwszego zakresu napięciowego. Obwody SELV (safety extra-low voltage) są obwodami bardzo niskiego napięcia izolowanymi od ziemi. Obwody PELV (protection extra-low voltage) są obwodami bardzo niskiego napięcia, uziemionymi. Obwody SELV i PELV powinny być zasilane przez transformatory ochronne lub inne źródła równoważne transformatorom ochronnym. Części czynne obwodów SELV i PELV powinny być elektrycznie oddzielone od obwodów wyższych napięć. Także przewody tych obwodów powinny być prowadzone oddzielnie. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Obwody SELV mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Obwody PELV mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Obwody FELV FELV – Functional Extra-Low Voltage. Są to obwody bardzo niskich napięć (z I zakresu napięciowego). W obwodach tych bardzo niskie napięcie zastosowano ze względów technologicznych. Do zasilania obwodów FELV nie są wymagane transformatory ochronne. Ochrona podstawowa w tych obwodach powinna być zapewniona przez zastosowanie ogrodzeń, obudów lub izolacji spełniającej wymagania napięciowe obwodów pierwotnych. Ochrona dodatkowa powinna być zapewniona przez: • połączenie części przewodzących dostępnych z przewodem PE obwodu pierwotnego – w przypadku stosowania samoczynnego wyłączenia zasilania po stronie pierwotnej. • połączenie części przewodzących dostępnych z nieuziemionym przewodem połączenia wyrównawczego obwodu pierwotnego – w przypadku separacji po stronie pierwotnej. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika Dziękuję za uwagę! mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrotechnika
