Ochrona podstawowa powyżej 1 kV za pomocą - Alpines

Dodatkowa ochrona przeciwporażeniowa
w urządzeniach elektrycznych
o napięciu nominalnym powyżej 1 kV
Symbol:
Politechnika Poznańska
Instytut Elektroenergetyki
dr inż.. Witold Hoppel
Materiały z wykładu będą zamieszczone na stronie:
www.alpines.pl/pub
Motto – aktualna definicja ochrony od porażeń:
Ochrona przed porażeniem elektrycznym, ochrona
przeciwporażeniowa, – zespół środków zmniejszający
ryzyko porażenia elektrycznego.
Skutki rażenia zależą od:
- prądu rażenia,
- czasu rażenia,
- drogi rażenia (przyjmuje się powyżej 1 kV ręka-stopy, do 1 kV
również ręka-ręka),
- indywidualnych cech fizycznych, ale i psychicznych człowieka,
- były niesprawdzone teorie o wpływie układu planet i punktu
wpływu prądu w znaczeniu podobnym jak w akupunkturze.
Środki ochrony:
-organizacyjne,
- techniczne:
•ochrona podstawowa, ochrona przed dotykiem
bezpośrednim,
•ochrona przy dotyku pośrednim, przy uszkodzeniu
(dawniej: dodatkowa)
Ochrona podstawowa powyżej 1 kV za pomocą:
• obudowy,
• przegrody (ściany, drzwi, osłony np. siatka o wysokości przynajmniej
180 cm),
• przeszkody (ściany i drzwi niższe niż 180 cm, łańcuchy, poręcze),
• umieszczenie poza zasięgiem.
•Do 1 kV: jak wyżej izolacja robocza,
•- umiwszczenie poza zasięgiem RĘKI.
PN-EN 50341-1: 2013-03E: Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu
przemiennego powyżej 1 kV. Wymagania ogólne. Specyfikacje wspólne (oryg.)
PN-E-05115: Instalacje elektroenergetyczne o napięciu powyżej 1 kV(wycofana,
ale ...)
Zastąpiona przez:
PN-EN 50522:2011E: Uziemienie instalacji elektroenergetycznych prądu
przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV (oryg.)
PN-EN 61936-1:2011E: Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o
napięciu wyższym od 1 kV. Część 1: Postanowienia ogólne (oryg.)
.
.
Ochrona przy uszkodzeniu (przy dotyku pośrednim) –
ochrona przed porażeniem elektrycznym przy pojedynczym
uszkodzeniu (izolacji podstawowej).
Definicje:
Ziemia – środowisko budowli inżynierskich, jak również material przewodzący
prąd; przykładowe typy gruntu: humus, ił, piasek, żwir, kamień.
Ziemia odniesienia – obszar ziemi znajdujący się poza strefą wpływu uziomu
układu uziemiającego, tj. obszar, w którym różnica potencjałów dwóch
dowolnych punktów nie zmienia się po wpływem prądu uziomowego.
Uziom – część przewodząca mająca dobrą styczność z ziemią lub przewód
umieszczony w betonie stykającym się z ziemią na dużej powierzchni
(np. uziom fundamentowy).
Instalacja uziemiająca – lokalnie ograniczony układ połączonych
elektrycznie uziomów lub metalowych części wykorzystywanych dla celów
uziemiania (np.. fundamentów słupów, zbrojeń lub metalowych powłok
kabli, przewodów uzimiających, i przewodów wyrównawczych).
Uziemić – połączyć z ziemią część elektrycznie przewodzącą przez
instalację uziemiającą.
Uziemienie – ogół środków i przedsięwzięć wykonanych w celu uziemienia.
Rezystancją uziemienia jest rezystancja występująca pomiędzy uziomem a
ziemią odniesienia.
Jedynym środkiem ochrony dodatkowej w urządzeniach o napięciu
powyżej 1 kV jest
uziemienie ochronne.
Środki uzupełniające na zewnątrz budynków:
•Wykonanie zewnętrznych ścian z materiałów nieprzewodzących i unikanie
metalowych części, które można dotknąć z zewnątrz.
•Wyrównanie potencjałów poprzez zastosowanie uziomu położeonego na
głebokości najwyżej 0,5 m, na zewnątrz ściany, w odległości około 1 m od
niej i połączonego z układem uziomowym.
•Zastosowanie izolacji stanowiska obsługi (nie mylić z izolacją stanowiska
pracy w niskim napięciu). Wartwy izolacyjne:
 asfaltu na odpowiednim podłożu (np.. na żwirze),
 pokrycie izolacyjne o mininalnych wymaiarach 1m * 1m i grubości
przynajmniej 2,5 mm.
 tłucznia o grubości co najmniej 100 mm,
Przy zewnętrznych ogrodzeniach instalacji
napowietrznych:
ogrodzenia z materiału nieprzewodzącego lub siatki
drucianej pokrytej tworzywem sztucznym,
sterowanie potencjałem poprzez uziom w odl. 1 m na
głebokości 0,5 m,
specjalne wykonanie bram.
W instalacjach wnętrzowych:
-uziomy fundamentowe,
-wykonanie stanowisk obsługi z metalu i połąćzenie w
wszystkimi częściami metalowymi, które powinny być
uziemione,
-- izolowanie od napiecia uziomowego stanowisk
obsługi.
Napięcie uziomowe (UE) jest napięciem występującycm podczas
doziemienia pomiędzy układem uziomowym a ziemią odniesienia.
Napięcie dotykowe rażeniowe (UT) jest częścią napięcia uziomowego
wywołanego doziemieniem, która może pojawić się na ciele człowieka
zakładając, że prąd przepływa przez ciało człowieka na drodze ręka-stopy
(pozioma odległość do części dotykanej1 m) (pratycznie: spadek napięcia
na rezystancji 1 kW)
Napięcie dotykowe spodziewane (UST) to napięcie, które pojawia się
podczas doziemienia między częściami przewodzącymi a ziemią, gdy
części te nie są dotykane (praktycznie – różnica potencjałów).
Napięcie krokowe rażeniowe (US) jest częścią napięcia
uziomowego,wywołanego doziemieniem, które może pojawić się na ciele
człowieka między stopami rozstawionymi na odległość 1 m zakładając, że
prąd przepływa przez ciało czlowieka na drodze stopa-stopa.
U ST
Ir 
Rp1  RC  Rp2
U ST  ST *UE  ST * IE * RE
ponieważ : U E  I E * RE
ST - współczynnik zależny od
kształtu uziomu
Ir 
 ST * IE * RE
Rp1  RC  Rp2
U T  I r * RC
UT  U ST
RC
R p1  RC  R p 2
Rezystancja uziemienia RE zależy od:
-rezystywności gruntu,
-wymiarów uziomu,
-głebokości pogrążenia.
Rezystancja uziomu pionowego o krawędzi na powierzchni
gruntu :

4l
RE 
ln
2l d w
Rezystancja uziomu pionowego pogrążonego w gruncie
na głębokości t:

4l
RE 
ln
2l d w
4t  3l
4t  l
Rezystancja uziomu kratowego:
RE 

4rz


L
gdzie:
rz 
S

L – suma długości wszystkich boków
oczek kraty w m.
Dopuszczalne napięcia rażeniowe dotykowe wg normy
PN-EN 50522: 2011
Norma precyzuje, że dopuszczalne wartości napięć rażeniowych
dotykowych uznaje się za nieprzekroczone, gdy spełniony jest jeden z
warunków:
- rozpatrywana instalacja uziemiająca jest częścią zespolonej instalacji
uziemiającej,
- napięcie uziomowe, wyznaczone na drodze pomiarowej lub obliczeń
nie przekracza podwójnej wartości największego dopuszczalnego
napięcia dotykowego rażeniowego podanego na rysunku,
- są wykonane określone środki uzupełniające odpowiednie do
wartości napięcia uziomowego i czasu doziemienia, które opisano w
załączniku do normy
lub
- napięcia dotykowe
dopuszczalnych.
rażeniowe
nie
przekraczają
wartości
Schemat układu do pomiaru napięcia dotykowego
i dotykowego rażeniowego
Schemat do badania uziomu stacji
Układ do badania uziomu podczas ćwiczenia
laboratoryjnego
Jeśli Im=0, to może występować Um>0 – napięcie zakłócające, potencjał
własny uziomu
Rezystancję uziemienia oblicza się wg wzoru:
Um
RE 
Im
Jeśli występuje napięcie zakłóceniowe o wartości Ud, to wskazówka woltomierza
waha się pomiędzy wartością minimalną Um2 i maksymalną Um1.
Należy skorzystać wówczas ze wzorów:
a) jeśli 2*Ud<U1 , należy wstawić
Um 
U m1  U m 2
2
b) jeśli 2*Ud>U1, należy wstawić:
Um 
U m1  U m 2
2
Um 
U m1
2
c) jeśli 2*Ud=U1, należy wstawić:
Napięcia dotykowe i dotykowe rażeniowe pomierzone przy przepływie prądu
pomiarowego Im należy przeliczyć dla warunków podczas rzeczywistego zwarcia
doziemnego, czyli prądu uzimowego IE.
UT  UTm * k
U ST  U STm * k
przy czym
k
IE
Im
Może zachodzić, że:
I E  I k1
lub
I E  r * I k1
Podczas zajęć laboratoryjnych przyjąć, że:
- czas trwania zagrożenia porażeniowego wynosi 10 sekund,
--prąd uziomowy wg zaleceń prowadzącego, ale w granicach
od 50 do 5000 A.
Wartość prądu zuimowego zależy od typu oraz napięcia sieci
i wielu innych czynników.
• Badanie uziomu stacji elektroenergetycznej
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Wzory do obliczeń.
Rezystancję uziemienia oblicza się wg wzoru:
U
RE  m
Im
Napięcia rażeniowe przelicza się wg wzorów:
U ST  U STm * k
UT  UTm * k
k
IE
Im
Um – zmierzone napięcie uziomowe,
Im – prąd w obwodzie pomiarowym
2. Dane wyjściowe:
czas trwania zwarcia (przepływu prądu rażeniowego)
IE = ……….A
……… sekund
3. Wyniki pomiarów i obliczeń
Um = ….…V
Im = …….. A
k= ………
Rezystancja uziemienia: ……………… W
Stanowisko
USTm w V
UTm w V
UST w V
UT w V
UTdop w V
Ocena:
spełnia
wymagania/
nie spełnia
Nr 1
tak/nie
Nr 2
tak/nie
Nr 3
tak/nie
Nr 4
tak/nie
Nr 5
tak/nie