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
Download