Dobieranie środków ochrony przeciwporażeniowej 311[08].O3.05

Transkrypt

1 MINISTERSTWO EDUKACJI i NAUKI Małgorzata Höffner Dobieranie środków ochrony przeciwporażeniowej 311[08].O3.05 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2005

2 Recenzenci: mgr inż. Jan Krzemiński mgr Joachim Strzałka Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Katarzyna Maćkowska Konsultacja: dr Bożena Zając Korekta: mgr inż. Jarosław Sitek Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].O3.05 Dobieranie środków ochrony przeciwporażeniowej zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik elektryk. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom

3 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 4 3. Cele kształcenia 5 4. Materiał nauczania Działanie prądu elektrycznego na organizm człowieka Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Układy sieci Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Klasyfikacja środków ochrony przed porażeniem Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Ochrona przez zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Ochrona przez ograniczenie wartości prądu rażenia Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Sprzęt ochronny Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów 5. Sprawdzian osiągnięć Literatura

4 1. WPROWADZENIE Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o środkach ochrony przed porażeniem i bezpiecznym użytkowaniu energii elektrycznej oraz kształtowaniu umiejętności oceny zagrożenia i dobierania środków ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym z zakresu jednostki modułowej Dobieranie środków ochrony przeciwporażeniowej w module Gospodarowanie energią elektryczną. Pomoże Ci również kształtować umiejętność udzielania pierwszej pomocy osobom porażonym prądem elektrycznym. W poradniku zamieszczono: cele kształcenia, materiał nauczania, tabele przydatne do wykonywania ćwiczeń, pytania sprawdzające, ćwiczenia, sprawdziany postępów, sprawdzian osiągnięć, wykaz literatury zawierającej treści z zamieszczonego zakresu. Szczególną uwagę zwróć na: ocenę stopnia zagrożenia porażeniem prądem elektrycznym, rozpoznawanie środków ochrony i analizowanie ich działania, sprawdzanie, czy środki ochrony zostały zainstalowane i są sprawne, rodzaje i właściwości urządzeń zabezpieczających, elementy decydujące o skuteczności zastosowanego środka ochrony, właściwe dobieranie środków ochrony przed porażeniem do określonych warunków, rozpoznawanie sprzętu ochronnego i jego przeznaczenia, zasady udzielania pierwszej pomocy porażonemu prądem elektrycznym. 3

5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: wyszukiwać normy i przepisy budowy i eksploatacji urządzeń, korzystać z kart katalogowych w postaci książkowej i elektronicznej, wyszukiwać informacje w Internecie, obliczać rezystancję i impedancję wypadkową obwodu, obliczać wartość prądu w obwodzie elektrycznym, stosować pierwsze i drugie prawo Kirchhoffa, wyjaśniać zasadę działania transformatorów jednofazowych i wielofazowych, klasyfikować sieci elektroenergetyczne, klasyfikować odbiorniki energii elektrycznej, charakteryzować zagrożenia związane z pracą maszyn i urządzeń elektrycznych, czytać schematy instalacji elektrycznych, rozpoznawać elementy składowe instalacji elektrycznej, rysować schematy instalacji elektrycznej. 4

6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: wyjaśnić skutki działania prądu elektrycznego na organizm człowieka, ocenić stopień zagrożenia prądem elektrycznym, wyjaśnić cel stosowania ochrony przeciwporażeniowej, sklasyfikować środki ochrony przeciwporażeniowej, scharakteryzować podstawowe środki ochrony przeciwporażeniowej, rozpoznać klasę ochronności urządzenia elektrycznego, rozpoznać zastosowany środek ochrony przeciwporażeniowej na schemacie elektrycznym oraz w warunkach naturalnych, dobrać środki ochrony przeciwporażeniowej dla typowych sytuacji, dobrać zabezpieczenie zapewniające skuteczność ochrony przez szybkie samoczynne wyłączanie zasilania, określić przeznaczenie sprzętu ochronnego, udzielić pierwszej pomocy osobie porażonej prądem elektrycznym zgodnie z obowiązującymi zasadami. 5

7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Działanie prądu elektrycznego na organizm człowieka Materiał nauczania Skutki przepływu prądu elektrycznego przez organizm człowieka Przepływ prądu elektrycznego przez organizm człowieka wywołuje skutki fizyczne, chemiczne i biologiczne. Jeśli jest niezamierzony i niekontrolowany, mamy do czynienia z porażeniem prądem elektrycznym. Zmiany wywołane takim prądem zależą od jego wartości, rodzaju i częstotliwości, czasu i drogi przepływu oraz stanu fizycznego organizmu osoby porażonej. Skutkiem porażenia w skrajnych przypadkach może być śmierć porażonego spowodowana migotaniem komór sercowych, zatrzymaniem pracy serca lub oddechu bądź szokiem pourazowym. Sytuacja taka stwarza bezpośrednie zagrożenie życia. Warunkiem uratowania porażonego jest udzielenie mu skutecznej pomocy przed upływem 4 7 min. Do łagodniejszych skutków zalicza się skurcze mięśni, podwyższenie ciśnienia krwi, oparzenia zewnętrzne i wewnętrzne. Krótkotrwały przepływ prądu (poniżej 0,3 s) o niewielkiej wartości (poniżej 10 ma) powoduje mrowienie, drobne skurcze mięśni i ból, ustępujące po jego odłączeniu. Przy porażeniu prądem stałym istotny jest kierunek jego przepływu. Groźniejsze są tzw. prądy wzdłużne wstępujące przy dodatnim potencjale stóp, niż prądy zstępujące przy potencjale stóp ujemnym. Krótkotrwały (poniżej 0,2 s) przepływ prądu stałego powoduje podobne skutki, co przepływ prądu przemiennego o takiej samej wartości skutecznej. Przy dłuższych czasach rażenia skutki przepływu prądu stałego są mniej groźne niż przemiennego o takiej samej wartości. Najgroźniejsze są prądy rażenia o niewielkich częstotliwościach, które łatwiej wywołują zakłócenia pracy serca. Napięcie dotykowe jest to napięcie występujące między dwoma punktami, z którymi mogą się zetknąć jednocześnie ręce lub ręka i noga człowieka. Środki ochrony przed porażeniem są to trwałe rozwiązania techniczne zapobiegające porażeniu w czasie normalnej eksploatacji urządzeń elektrycznych oraz w przypadku zakłóceń. W normach nie ma podanych jednoznacznie wartości prądów rażenia i napięć dotykowych bezpiecznych dla człowieka. Na podstawie analizy norm dotyczących środków ochrony przed porażeniem można przyjąć graniczne wartości napięć dotykowych bezpiecznych dla człowieka podanych w tabeli 1. Tabela 1. Maksymalne wartości napięć dotykowych długotrwałych [2] Rodzaj prądu Warunki normalne Warunki zwiększonego zagrożenia Prąd przemienny 50 V 25 V Prąd stały nietętniący 120 V 60 V Warunki zwiększonego zagrożenia występują na przykład w pomieszczeniach wilgotnych, kanałach, w pomieszczeniach o przewodzącym podłożu lub/i ścianach. 6

8 Zasady udzielania pierwszej pomocy osobom porażonym prądem elektrycznym Jak najszybsze prawidłowe udzielenie pomocy przedlekarskiej porażonemu stwarza szansę jego uratowania. Jeśli pomoc przychodzi w ciągu pierwszej minuty, szanse przeżycia szacowane są na 98%; maleją znacznie w miarę wydłużenia tego czasu (do zera po upływie 5 minut). Każdy elektryk powinien znać zasady postępowania z porażonym i umieć je stosować w praktyce, ponieważ pierwsza pomoc decyduje o możliwości jego uratowania. Najważniejsze jest uwolnienie porażonego spod działania prądu. Trzeba tę czynność wykonać bezpiecznie, aby ratujący sam nie uległ porażeniu. Jeśli uwolnienie porażonego spod napięcia nie jest możliwe należy odizolować go od ziemi i obwodu elektrycznego, podkładając pod niego materiał izolacyjny. Następnie trzeba określić stan porażonego, gdyż od tego zależy sposób dalszego postępowania. Jednocześnie należy wezwać pomoc lekarską. Nie wolno przy tym nawet przytomnego porażonego pozostawić samego, gdyż stan jego może w każdej chwili się pogorszyć. Wszystkie osoby porażone, niezależnie od stopnia porażenia, muszą znaleźć się pod kontrolą lekarską, bowiem wiele skutków może pojawić się po upływie dłuższego czasu, niekiedy nawet po kilku latach. Jeśli porażony oddycha po rozluźnieniu ubrania należy ułożyć go na boku i czekać na pomoc lekarską. Jeżeli porażony nie oddycha, ale tętno jest wyczuwalne natychmiast należy rozpocząć sztuczne oddychanie i kontynuować aż do przybycia lekarza lub przywrócenia samodzielnego oddechu. Sztuczne oddychanie można wykonać metodą bezpośrednią usta usta lub usta nos, upewniwszy się uprzednio, że drogi oddechowe porażonego są drożne. Można przy tym zastosować znajdującą się w podręcznej apteczce maskę do sztucznego oddychania. Jeżeli porażony nie oddycha i puls na tętnicy szyjnej jest niewyczuwalny natychmiast należy podjąć czynności reanimacyjne, tzn. sztuczne oddychanie połączone z masażem serca. Jeśli czynności te wykonuje jedna osoba, na każde 15 ucisków serca powinny przypadać 3 oddechy. Jeśli ratujących jest dwóch, należy zachować cykl: 1 oddech 4 uciski serca. Podczas masażu serca powinno być wykonane w ciągu jednej minuty 60 do 70 ucisków klatki piersiowej na głębokość 3 do 8 cm (nie powodujących złamania kości klatki piersiowej). Jeśli masaż serca nie przyniesie rezultatów, należy zastosować defibrylator. Mogą to zrobić przeszkoleni ratownicy lub zespół lekarski. W przypadku ran należy założyć na nie tymczasowy opatrunek uciskający, a w przypadku złamań lub pęknięć unieruchomić kończynę sztywnym przedmiotem. Więcej informacji dotyczących skutków porażenia oraz zasad udzielania pierwszej pomocy porażonemu znajdziesz w literaturze [2], [4] Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Na czym polega porażenie prądem elektrycznym? 2. Od jakich czynników zależą skutki porażenia prądem przemiennym? 3. Od jakich czynników zależą skutki porażenia prądem stałym? 4. W jakich warunkach skutki porażenia są najbardziej niebezpieczne? 5. Co oznacza określenie warunki zwiększonego zagrożenia? 6. Jakie wartości napięć przyjmuje się jako bezpieczne w normalnych warunkach? 7. Jakie wartości napięć przyjmuje się jako bezpieczne w szczególnych warunkach? 8. Jakie skutki wywołać może porażenie prądem elektrycznym? 9. Co oznacza określenie napięcie dotykowe? 10. Co oznacza określenie środki ochrony przed porażeniem? 7

9 11. Jak należy postępować ratując porażonego? 12. Kiedy można przerwać sztuczne oddychanie? 13. Według jakich zasad prowadzi się jednocześnie sztuczne oddychanie i masaż serca? 14. W jaki sposób sprawdza się brak krążenia u porażonego? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wykonaj plakat przedstawiający graficznie zakresy napięć bezpiecznych w każdych warunkach oraz niebezpiecznych niezależnie od warunków. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) określić zakresy napięć dla obydwu przypadków, 2) zaplanować kolorystykę, jaką zastosujesz na plakacie, 3) zaplanować czytelny sposób przedstawienia informacji, 4) wykonać plakat, 5) zaprezentować plakat pozostałym zespołom, 6) uzasadnić wybór kolorów i sposobu ilustracji. Wyposażenie stanowiska pracy: długopis, papier do pisania, arkusz do wykonania plakatu, zestaw kolorowych flamastrów. Ćwiczenie 2 Przedstaw w postaci schematycznej czynności podczas ratowania porażonego prądem elektrycznym w zależności od skutków porażenia. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) pogrupować skutki porażenia w zależności od rodzaju czynności ratowników, 2) wypisać czynności dla każdej grupy skutków porażenia, 3) ustalić kolejność wykonywanych czynności, 4) wybrać czynności powtarzające się dla różnych skutków porażenia, 5) narysować schemat postępowania w przypadku porażenia, 6) zaprezentować schemat pozostałym zespołom, 7) przedyskutować rozwiązania zadania i wybrać optymalne. Wyposażenie stanowiska pracy: papier do pisania, długopis, papier do wykonania prezentacji schematu, mazaki. 8

10 Ćwiczenie 3 Przeprowadź na fantomie pokaz sztucznego oddychania i masażu serca metodami dobranymi do stanu wylosowanego przypadku: a) porażony nie oddycha, tętno jest wyczuwalne, twarz nie jest poraniona, b) porażony nie oddycha, tętno jest wyczuwalne, twarz jest poraniona, c) porażony nie oddycha, tętno nie jest wyczuwalne, twarz nie jest poraniona. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) odszukać w literaturze opis metod sztucznego oddychania i masażu serca, 2) wybrać metodę odpowiednią do wylosowanego przypadku, 3) zapoznać się ze sposobem przeprowadzania czynności ratowniczych wybraną metodą, 4) przeprowadzić próbę udzielania pierwszej pomocy pod kontrolą nauczyciela, 5) przeprowadzić pokaz dla pozostałych zespołów po uwzględnieniu uwag nauczyciela. Wyposażenie stanowiska pracy: fantom do przeprowadzania sztucznego oddychania, podręczniki lub instrukcje z opisem metod sztucznego oddychania i masażu serca, ustnik do prowadzenia sztucznego oddychania metodą bezpośrednią, aparat do prowadzenia sztucznego oddychania. Ćwiczenie 4 Przeprowadź akcję ratowania porażonego w sytuacji porażenia opisanej przez inny zespół oraz przygotuj zwięzły opis sytuacji dla tego zespołu. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wybrać warunki, w których doszło do porażenia prądem elektrycznym, 2) opisać na kartce sytuację dla innego zespołu, 3) przygotować opis stanu porażonego, 4) wymienić opis sytuacji z innym zespołem, 5) przeanalizować otrzymany opis sytuacji, 6) uzupełnić brakujące informacje, 7) zaplanować akcję ratowniczą, 8) przeprowadzić symulację udzielania pierwszej pomocy osobie porażonej prądem elektrycznym. Wyposażenie stanowiska pracy: papier i długopis do notowania, ustnik do sztucznego oddychania, aparat do sztucznego oddychania. 9

11 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyjaśnić pojęcie porażenie prądem elektrycznym? 2) wymienić czynniki, od których zależą skutki porażenia prądem? 3) wyjaśnić różnicę między prądem wstępującym i zstępującym? 4) rozróżnić drogi przepływu prądu ze względu na skutki porażenia? 5) zinterpretować pojęcie warunki szczególnego zagrożenia? 6) określić zakres napięć bezpiecznych dla prądu przemiennego? 7) określić zakres napięć bezpiecznych dla prądu stałego? 8) wymienić skutki porażenia według skali zagrożenia? 9) wyjaśnić pojęcie napięcie dotykowe? 10) wyjaśnić pojęcie środki ochrony przed porażeniem? 11) wymienić we właściwej kolejności czynności ratowników podczas ratowania porażonego prądem elektrycznym? 12) sprawdzić, czy porażony oddycha? 13) sprawdzić, czy porażony ma zatrzymane krążenie krwi? 14) przeprowadzić sztuczne oddychanie? 15) przeprowadzić sztuczne oddychanie połączone z masażem serca? 16) przeprowadzić symulowaną akcję ratowania porażonego? 4.2. Układy sieci Materiał nauczania W energetyce stosuje się kilka rozwiązań sieci elektroenergetycznych prądu przemiennego zależnie od potrzeb i możliwości. Oznaczenia układów sieci podawane są w postaci literowej. Pierwsza litera oznacza sposób połączenia sieci z ziemią (I sieć izolowana od ziemi lub T sieć połączona bezpośrednio z ziemią). Druga litera określa sposób połączenia z ziemią części przewodzących, które nie pozostają pod napięciem (T bezpośrednio z ziemią lub N za pośrednictwem przewodu neutralnego). Trzecia i czwarta litera oznaczają związek przewodów neutralnych i ochronnych (S oddzielne przewody neutralne i ochronne, C ten sam przewód jest jednocześnie przewodem neutralnym i ochronnym). Poszczególne litery oznaczają: T ziemia, N neutralny, obojętny, I izolowany, C połączony, wspólny, S rozdzielony. Spotykane są następujące układy sieci: a) Układ IT w którym wszystkie części pod napięciem są izolowane od ziemi lub punkt neutralny transformatora jest uziemiony przez impedancję o dużej wartości, na przykład bezpiecznik iskiernikowy (rys. 1a, b). Układy typu IT wykorzystywane są jako dodatkowe obwody ochronne w szpitalach oraz powyżej 500 V w przemyśle chemicznym, szklarskim i hutniczym. b) Układ TT w którym punkt neutralny jest bezpośrednio uziemiony (tzw. uziemieniem roboczym), a części przewodzące nie należące do obwodu elektrycznego są połączone z ziemią oddzielnymi uziomami (rys. 1 c). 10

12 c) Układ TN w którym punkt neutralny jest bezpośrednio uziemiony, a przewodzące części nie należące do obwodu elektrycznego połączone są z nim dodatkowym przewodem ochronnym PE lub przewodem PEN neutralnym, który pełni jednocześnie funkcję przewodu ochronnego (rys. 1d, e, f). Układy sieci TN-C znajdują zastosowanie jako sieci rozdzielcze oraz linie ułożone na stałe o przekroju przewodów miedzianych powyżej 10 mm 2 do zasilania urządzeń odbiorczych. Układy sieci TN-S stosowane są w instalacjach mieszkaniowych, biurowych i warsztatowych przy przekroju przewodów miedzianych do 6 mm 2. Sieci TN-C-S wykonuje się w wybranych odcinkach sieci TN-C, o ile wymagają tego przepisy eksploatacji urządzeń. a) b) c) d) e) f) Rys. 1. Układy trójfazowych sieci elektroenergetycznych: a) układ IT z izolowanym punktem neutralnym, b) układ IT z punktem neutralnym połączonym z ziemią przez bezpiecznik iskiernikowy, c) układ TT, d) układ TN-C, e) układ TN-S, f) układ TN-C-S. UKSI urządzenie do kontroli stanu izolacji, 1 bezpiecznik iskiernikowy [4] Aby uniknąć omyłek przy rozpoznawaniu przewodów fazowych, neutralnych i ochronnych, ustalona jest ich kolorystyka. Przewody ochronne PE i PEN powinny być oznaczone dwoma kolorami żółtym i zielonym w proporcjach 30% : 70%. Tymi kolorami 11

13 nie wolno oznaczać żadnych innych przewodów. Dla przewodów neutralnych N oraz środkowych M (w instalacjach prądu stałego) zarezerwowany jest kolor niebieski. Przewody PEN powinny być oznaczone kolorami żółtym i zielonym, a na końcówkach mieć założone oznaczniki koloru jasnoniebieskiego. Przewody fazowe można oznaczać dowolnymi innymi kolorami. W sieciach prądu stałego przewód o potencjale dodatnim oznacza się barwą czerwoną, przewód o potencjale ujemnym barwą czarną. Uziemienie jest to elektryczne połączenie z ziemią za pośrednictwem uziomu metalowego przedmiotu umieszczonego bezpośrednio w gruncie. Uziemieniem nazywa się również instalację łączącą część uziemianą z ziemią. Składa się ona z przewodu uziemiającego, uziomu oraz ewentualnie z zacisku probierczego lubi szyny uziemiającej. Uziomy sztuczne mogą być wykonywane z płyt, prętów, taśm stalowych specjalnie w celu uziemiania. Uziomy naturalne są to konstrukcje przeznaczone do innych celów, które można jednocześnie wykorzystać jako uziomy (na przykład rurociągi, stalowe zbrojenia fundamentów betonowych). Uziemienie bezpośrednie jest to połączenie części uziemianej z uziomem tylko za pomocą przewodów. Uziemienie pośrednie jest to połączenie uziemianej części z uziomem za pośrednictwem dodatkowej impedancji. Uziemienie otwarte jest to połączenie części uziemianej z uziomem za pomocą iskiernika bezpiecznikowego. Uziemienie robocze to połączenie określonego punktu obwodu elektrycznego z ziemią w celu zapewnienia jego poprawnej pracy. Uziemienie ochronne jest to środek ochrony przeciwporażeniowej polegający na połączeniu dostępnych części przewodzących danego urządzenia elektrycznego z uziomem o rezystancji dopasowanej do urządzenia zabezpieczającego przed zwarciem. Uziemienie pomocnicze jest to uziemienie części czynnej albo części dostępnej przewodzącej wykonane dla celów ochrony przeciwporażeniowej, przeciwzakłóceniowej lub innych; nie jest elementem systemu powodującego samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TT lub IT. Rezystancja uziemienia uziomu stanowiącego element ochrony przeciwporażeniowej powinna być jak najmniejsza. Zależy ona od wymiaru charakterystycznego uziomu oraz rodzaju gruntu, w którym uziom został wykonany. Więcej na temat rodzajów konstrukcji uziomów oraz zasad ich wykonywania znajdziesz w literaturze [2], [4] Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co oznaczają poszczególne litery symbolu sieci? 2. Jakie jest znaczenie symboli N, PE, PEN? 3. Jakimi barwami oznacza się poszczególne przewody sieci prądu przemiennego i prądu stałego? 4. W jakich sieciach jako środek ochrony przed porażeniem można stosować szybkie wyłączenie zasilania? 5. W jakich przypadkach stosowane są układy sieci IT? 6. Czym różni się sieć typu TN-C od sieci typu TN-S? 7. W jakich przypadkach stosuje się sieci TN-C-S? 8. Co nazywamy uziomem? 9. Jaka jest różnica między uziomem sztucznym i naturalnym? 10. Jakie uziemienie nazywamy roboczym? 11. Jakie uziemienie nazywamy ochronnym? 12

14 12. Na czym polega uziemienie pośrednie? 13. Gdzie stosuje się układy sieci TT? 14. Jakie układy sieci zgodnie z normami należy stosować w pomieszczeniach mieszkalnych? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Oznacz symbolami i kolorami przewody oraz rozpoznaj przedstawione na schematach układy sieci. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) oznaczyć literami przewody na schemacie, 2) linie przewodów narysować właściwymi kolorami, 3) wpisać właściwe oznaczenie układu sieci. Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw schematów różnych układów sieci elektroenergetycznych, pisaki lub kredki w kolorach: czarnym, czerwonym, brązowym, jasnoniebieskim, zielonym i żółtym. Ćwiczenie 2 Rozpoznaj rodzaje uziemień przedstawione na schematach. Oznacz uziemienie robocze literą R, uziemienie ochronne literą O, uziemienie pomocnicze literą P. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) przeanalizować przedstawione układy sieci, 2) zidentyfikować uziemienia i określić ich funkcje, 3) oznaczyć poszczególne uziemienia literami. Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw schematów połączeń odbiorników z różnymi układami sieci, długopis. Ćwiczenie 3 Narysuj schemat fragmentu instalacji jednofazowej zasilającej grzejnik elektryczny w domku jednorodzinnym. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wybrać właściwy układ sieci, 2) określić liczbę przewodów w instalacji, 3) narysować przewody zasilające i oznaczyć właściwymi symbolami, 4) narysować podłączenie przewodów do grzejnika za pośrednictwem gniazda wtykowego. 13

15 Wyposażenie stanowiska pracy: papier, długopis. Ćwiczenie 4 Sporządź zestawienie czynników, od których zależy rezystancja uziemienia (instalacji elektrycznej łączącej część uziemianą z ziemią). Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) odszukać w źródłach dane dotyczące konstrukcji uziomów, 2) odszukać w źródłach dane dotyczące rezystancji uziemienia uziomów, 3) sporządzić zestawienie czynników decydujących o rezystancji uziemienia. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura lub komputer z dostępem do Internetu, papier, długopis Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozróżnić na schematach poszczególne układy sieci? 2) dobrać układ sieci dla wskazanego zastosowania? 3) rozpoznać przewody przedstawionego na schemacie układu sieci? 4) dobrać barwę przewodów przedstawionego układu sieci? 5) rozpoznać rodzaj uziemienia? 6) wymienić czynniki, od których zależy rezystancja uziemienia? 7) wyjaśnić różnicę między układem TN-C i TN-S? 8) wyjaśnić zagrożenia związane z użytkowaniem odbiorników w sieci TN-C? 9) wyjaśnić różnicę między uziomem sztucznym i naturalnym? 10) oznaczyć symbolami literowymi przewody wskazanego układu sieci? 11) wyjaśnić pojęcie uziemienie pośrednie? 12) rozpoznać przewody rzeczywistego układu sieci? 13) przyłączyć odbiornik jednofazowy z zaciskiem ochronnym do sieci TN-S? 14) przyłączyć odbiornik jednofazowy z zaciskiem ochronnym do sieci TN-C? 15) przyłączyć odbiornik jednofazowy z zaciskiem ochronnym do sieci TT? 14

16 4.3. Klasyfikacja środków ochrony przed porażeniem Materiał nauczania Środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim Wszystkie urządzenia i instalacje elektryczne powinny być zabezpieczone przed bezpośrednim dotknięciem przez człowieka części czynnych będących pod napięciem. Trwałe rozwiązania techniczne zastosowane w tym celu nazywa się środkami ochrony przed dotykiem bezpośrednim lub inaczej środkami ochrony podstawowej. Ochrona podstawowa może być zrealizowana poprzez: a) izolowanie części czynnych pozostających pod napięciem przy użyciu materiałów izolacyjnych odpornych na czynniki występujące podczas eksploatacji, pokrywających części czynne instalacji i urządzeń izolacja podstawowa lub robocza (na przykład izolacja przewodów), b) osłony i pokrywy ochronne, których otwarcie lub usunięcie wymaga zastosowania kluczy lub narzędzi, c) umieszczenie części czynnych pozostających pod napięciem poza zasięgiem ręki człowieka, nazywane uniedostępnieniem; uniemożliwia to niezamierzone ich dotknięcie (na przykład przewody linii elektroenergetycznych napowietrznych), d) bariery i przegrody uniemożliwiające przypadkowe zbliżenie się do części czynnych lub ich dotknięcie mogą być stosowane w pomieszczeniach ruchu elektrycznego, niedostępnych dla osób postronnych Ochronę przed dotykiem bezpośrednim uważa się za całkowitą, jeśli zrealizowana jest jako rozwiązanie a) lub b). W przypadkach c) i d) mamy do czynienia z ochroną częściową. Jako ochronę uzupełniającą dopuszcza się wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowych prądach wyzwalających nie większych niż 30 ma. Środki ochrony przy dotyku pośrednim Środki ochrony przy dotyku pośrednim (ochrony dodatkowej) są to trwałe rozwiązania techniczne uniemożliwiające porażenie w przypadku pojawienia się napięcia na dostępnych częściach przewodzących, nienależących do obwodu elektrycznego. Środki ochrony dodatkowej działają w oparciu o jeden z poniższych sposobów: samoczynne (szybkie) wyłączenie zasilania w przypadku zagrożenia, obniżenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej dla człowieka w danych warunkach, uniemożliwienie zamknięcia obwodu prądu rażenia przez człowieka. Najczęściej stosowanym sposobem ochrony przy dotyku pośrednim jest samoczynne wyłączenie zasilania realizowane poprzez wykonanie obwodu ochronnego z wykorzystaniem zabezpieczeń przetężeniowych, wyłączników różnicowoprądowych, a w sieciach IT również urządzeń kontroli stanu izolacji. Zastosowane zabezpieczenia powinny samoczynnie wyłączyć zasilanie chronionego urządzenia lub instalacji, w bardzo krótkim czasie po pojawieniu się napięcia na dostępnych częściach przewodzących, aby w przypadku ich dotknięcia prąd rażenia nie spowodował skutków niebezpiecznych dla człowieka. Obniżenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej realizuje się poprzez wykonanie miejscowych nieuziemionych połączeń wyrównawczych. W przypadku obniżenia wartości napięcia dotykowego należy przyjąć, że przy prądzie przemiennym nie powinno ono przekraczać: 12 V w pomieszczeniach mokrych (sauna, basen) lub w zbiornikach metalowych, 15

17 25 V przy posługiwaniu się urządzeniami ręcznymi w pobliżu części o potencjale ziemi, 50 V w pomieszczeniach suchych. Aby uniemożliwić przepływ prądu rażenia przez człowieka, stosuje się urządzenia II klasy ochronności (wyposażone w izolację ochronną), izolację stanowiska roboczego lub separację elektryczną odbiorników. Środki jednoczesnej ochrony przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim Warunek jednoczesnej ochrony przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim spełniają sieci bardzo niskich napięć. W warunkach normalnych napięcia tych sieci nie mogą przekraczać 50 V dla prądu przemiennego i 120 V dla prądu stałego nietętniącego. Jako źródła zasilania sieci bardzo niskiego napięcia mogą być stosowane transformatory ochronne, przetwornice elektromaszynowe, urządzenia elektroniczne z ograniczeniem napięcia wyjściowego do wartości bezpiecznej w każdych warunkach, prądnice napędzane silnikami spalinowymi, baterie akumulatorów. Wyróżnia się następujące układy bardzo niskich napięć: SELV izolowane obwody bardzo niskiego napięcia (nie mogą mieć żadnych punktów połączonych z ziemią lub przewodami ochronnymi), PELV obwody bardzo niskiego napięcia o uziemionym jednym przewodzie fazowym lub biegunie obwodu i uziemionych częściach przewodzących dostępnych urządzeń, FELV obwody bardzo niskiego napięcia, w których urządzenia są objęte ochroną przez szybkie wyłączenie zasilania obwodu pierwotnego lub separacją. Gniazda wtyczkowe i wtyczki obwodów niskiego napięcia nie mogą pasować do gniazd i wtyczek innych obwodów. Nie mogą też posiadać styków ochronnych. Więcej informacji na temat układów bardzo niskich napięć znajdziesz w literaturze [3]. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych W zależności od zastosowanego sposobu ochrony przy dotyku pośrednim urządzenia zasilane napięciem nie przekraczającym 250 V względem ziemi zalicza się do jednej z czterech klas ochronności (tab. 2) Tabela 2. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych [2] Klasa ochronności Symbol graficzny Cechy charakterystyczne urządzeń Klasa 0 Klasa I Klasa II Klasa III brak Brak zacisku ochronnego, wtyczka nie powinna pasować do gniazda ze stykiem ochronnym, posiadają tylko izolację podstawową Mają zacisk ochronny połączony z przewodem ochronnym PE lub PEN, wtyczka posiada czynny zacisk ochronny, posiadają tylko izolację podstawową Brak zacisku ochronnego, mają izolację podwójną lub wzmocnioną, wtyczka pasuje do gniazda ze stykiem ochronnym Zasilane bardzo niskim napięciem, wtyczka nie posiada styku ochronnego i nie pasuje do gniazda sieciowego o napięciu znamionowym 250 V 16

18 Stopnie ochrony osłon urządzeń elektrycznych Obudowy i osłony urządzeń elektrycznych powinny być dobrane tak, aby w warunkach eksploatacji zapewniały bezpieczeństwo ludzi oraz chroniły urządzenia przed zniszczeniem i niewłaściwym działaniem na skutek przedostania się do ich wnętrza ciał stałych, pyłu, wody oraz przed uszkodzeniami mechanicznymi. Norma PN - EN 60529:2003 [5] podaje sposób oznaczania stopnia ochrony osłon. Tabela 3. Oznaczanie stopnia ochrony osłon przed dotknięciem, przedostawaniem się ciał stałych oraz przed dostępem wody [2] Oznaczenie stopnia ochrony IP Ochrona ludzi przed dotknięciem części pod napięciem i części ruchomych Pierwsza cyfra Ochrona urządzeń przed przedostawaniem się do wnętrza ciał stałych Druga cyfra Ochrona przed przedostawaniem się do wnętrza wody 0 Brak ochrony Brak ochrony Brak ochrony Ochrona przed przypadkowym dotknięciem wierzchem dłoni Ochrona przed dotknięciem palcem Ochrona przed dotknięciem za pośrednictwem narzędzi i drutów o średnicy większej niż 2,5 mm Ochrona przed dotknięciem za pośrednictwem narzędzi i drutów o średnicy większej niż 1 mm Ochrona przed dotknięciem za pośrednictwem narzędzi i drutów o średnicy większej niż 1 mm Ochrona przed dotknięciem za pośrednictwem narzędzi i drutów o średnicy większej niż 1 mm Ochrona przed przedostawaniem się ciał stałych o średnicy większej niż 50 mm Ochrona przed przedostawaniem się ciał stałych o średnicy większej niż 12 mm Ochrona przed przedostawaniem się ciał stałych o średnicy większej niż 2,5 mm Ochrona przed przedostawaniem się ciał stałych o średnicy większej niż 1 mm Ochrona przed przedostawaniem się pyłu w ilości utrudniającej działanie lub zmniejszającej bezpieczeństwo Całkowita ochrona przed przedostaniem się pyłu Ochrona przed kroplami padającymi pionowo Ochrona przed kroplami padającymi pionowo na urządzenie odchylone od położenia normalnego o 15 o Ochrona przed natryskiem wody pod kątem do 60 o z każdej strony Ochrona przed rozbryzgiwaniem wody na obudowę z dowolnego kierunku Ochrona przed strugą laną na obudowę z dowolnego kierunku Ochrona przed silną strugą laną na obudowę z dowolnej strony 17

19 Oznaczenie stopnia ochrony IP Ochrona ludzi przed dotknięciem części pod napięciem i części ruchomych Pierwsza cyfra Ochrona urządzeń przed przedostawaniem się do wnętrza ciał stałych 7 Nie występuje Nie występuje 8 Nie występuje Nie występuje Druga cyfra Ochrona przed przedostawaniem się do wnętrza wody Brak wnikania wody w ilości wywołującej szkodliwe skutki przy krótkotrwałym zanurzeniu obudowy w normalnych warunkach Brak wnikania wody w ilości wywołującej szkodliwe skutki przy ciągłym zanurzeniu obudowy w uzgodnionych warunkach Oznaczenie składa się z symbolu IP oraz dwóch cyfr, z których pierwsza dotyczy ochrony ludzi przed dotknięciem części pod napięciem i części ruchomych, a druga ochrony urządzenia przed działaniem wody. Znaczenie poszczególnych cyfr podane jest w tabeli 3. Przykład: IP 45 oznacza obudowę, która chroniona jest przed dotknięciem części pod napięciem i części ruchomych narzędziem lub drutem o średnicy większej niż 1 mm, wnikaniem ciał stałych o średnicy większej niż 1 mm oraz przedostaniem się do wnętrza wody podczas lania strugą na obudowę z dowolnej strony. Urządzenie takie nadaje się do stosowania w pomieszczeniach mokrych Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co nazywamy środkami ochrony przed porażeniem? 2. Jakie są rodzaje środków ochrony przed porażeniem? 3. Co nazywamy środkami ochrony przed dotykiem bezpośrednim? 4. Kiedy można nie stosować środków ochrony przed dotykiem bezpośrednim? 5. W jaki sposób realizuje się ochronę przed dotykiem bezpośrednim? 6. Jakie jest zadanie środków ochrony przy dotyku pośrednim? 7. W jaki sposób realizuje się ochronę przy dotyku pośrednim? 8. Jakie są dopuszczalne wartości napięć dotykowych? 9. W jaki sposób realizuje się jednoczesną ochronę przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim? 10. Jakie urządzenia są wykorzystywane jako źródła napięcia bezpiecznego? 11. Jakie są cechy poszczególnych klas ochronności urządzeń elektrycznych? 12. Jakimi symbolami oznaczane są klasy ochronności urządzeń elektrycznych? 13. W jaki sposób oznacza się stopnie ochrony IP osłon urządzeń elektrycznych? 18

20 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Ustal klasę ochronności przedstawionych urządzeń elektrycznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozpoznać charakterystyczne cechy urządzenia stanowiące informację o klasie ochronności, 2) ustalić klasę ochronności, 3) zaprezentować wynik ćwiczenia pozostałym grupom. Wyposażenie stanowiska pracy: 5 6 urządzeń elektrycznych różnych klas ochronności zaopatrzonych w tabliczki znamionowe i przewody zasilające z wtyczką (na przykład: zasilacz do telefonu komórkowego, czajnik bezprzewodowy, silnik trójfazowy, suszarka do włosów, grzejnik elektryczny w metalowej obudowie, wiertarka ręczna, lutownica na napięcie 24 V), materiały piśmienne do przygotowania prezentacji (lub inne według zapotrzebowania uczniów). Ćwiczenie 2 Określ cechy oraz zakres stosowania urządzeń oznaczonych następującymi symbolami, uwzględniając aspekt ochrony przed porażeniem elektrycznym: a) IP 23, b) IP 55, c) IP 02, d) IP 32 CM. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) odszukać w źródłach zasady oznaczania stopni ochrony obudów, 2) ustalić cechy poszczególnych typów obudów podanych w ćwiczeniu, 3) przedyskutować w zespole znaczenie konstrukcji obudowy dla bezpieczeństwa przeciwporażeniowego, 4) przedstawić w wybrany sposób wnioski innym zespołom. Wyposażenie stanowiska pracy: Polska Norma PN - EN 60529:2003 [5], podręcznik: Markiewicz H. Bezpieczeństwo w elektroenergetyce [2], papier, długopis. Ćwiczenie 3 Określ stopień ochrony obudowy mającej pełnić funkcję środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim oraz omów przykład takiej obudowy. Sposób wykonania ćwiczenia 19

21 Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wybrać źródło, w którym można odszukać taką informację, 2) określić stopnie ochrony obudów spełniających wymagania ochrony podstawowej (przed dotykiem bezpośrednim), 3) omówić na wybranym przykładzie cechy charakterystyczne takiej obudowy. Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw norm PN-IEC oraz PN-EN 60529:2003 [5], [7], podręcznik: Markiewicz H. Bezpieczeństwo w elektroenergetyce [2], komputer z dostępem do Internetu. Ćwiczenie 4 Wybierz najkorzystniejszy sposób działania środka ochrony przy dotyku pośrednim dla podanych warunków i uzasadnij podjętą decyzję. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) sformułować kryteria podejmowania decyzji, 2) przeanalizować sposoby działania środków ochrony przy dotyku pośrednim pod kątem wybranych kryteriów, 3) ustalić, który sposób spełnia podane kryteria, 4) zaprezentować rozwiązanie problemu. Uwaga: Po prezentacji należy przeprowadzić dyskusję. Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw opisów warunków dla poszczególnych grup (Przykład: Należy ustalić sposób realizacji ochrony przy dotyku pośrednim w przypadku użytkowania urządzeń oświetleniowych w kanale naprawczym taboru tramwajowego w zajezdni), zestaw norm PN-IEC [7], podręcznik: Markiewicz H. Instalacje elektryczne [3], papier i pisaki do przygotowania prezentacji Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyjaśnić pojęcie środki ochrony przed porażeniem? 2) wymienić rodzaje środków ochrony przed porażeniem? 3) porównać zadania środków ochrony przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim? 4) wymienić przykłady rozwiązań ochrony przed dotykiem bezpośrednim z uwzględnieniem ograniczeń stosowania? 5) podjąć i uzasadnić decyzję o rezygnacji ze stosowania środka ochrony przy dotyku pośrednim? 6) rozróżnić zakresy napięć bezpiecznych i niebezpiecznych w różnych warunkach? 7) ustalić klasę ochronności urządzenia? 8) stwierdzić skuteczność osłony jako środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim? 9) wyjaśnić, na czym polega równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim? 20

22 10) scharakteryzować poszczególne układy sieci bardzo niskiego napięcia? 11) scharakteryzować właściwości osłony na podstawie podanego stopnia ochrony? 12) dobrać sposób działania środka ochrony dodatkowej do ustalonych warunków i rodzaju urządzenia? 4.4. Ochrona przez zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania Materiał nauczania Zasady stosowania samoczynnego wyłączenia zasilania w sieciach TN i TT Samoczynne wyłączenie zasilania zapewnia ochronę przy dotyku pośrednim w przypadku użytkowania urządzeń zaliczanych do I klasy ochronności. Posiadają one zacisk ochronny, który należy przyłączyć do przewodu ochronnego sieci. W przypadku urządzeń przenośnych i ruchomych wymagane jest stosowanie oddzielnej żyły ochronnej w przewodzie zasilającym. Maksymalny dopuszczalny czas wyłączenia zasilania uzależniony jest od wartości napięcia znamionowego sieci oraz od wartości dopuszczalnego napięcia dotykowego. W sieciach o napięciu 230 V wynosi on 0,4 s, a w warunkach szczególnego zagrożenia 0,2 s. Jako urządzenia powodujące szybkie wyłączenie stosowane są zabezpieczenia zwarciowe bezpieczniki lub wyłączniki instalacyjne oraz wyłączniki różnicowoprądowe. Przekrój przewodu ochronno-neutralnego PEN miedzianego nie może być mniejszy niż 10 mm 2 (16 mm 2 dla przewodu aluminiowego). W przypadku układów sieci TN wszystkie dostępne części przewodzące nie należące do obwodu elektrycznego powinny być połączone z przewodem ochronnym PE lub ochronnoneutralnym PEN, połączonym z uziemionym punktem gwiazdowym transformatora. Urządzenia zabezpieczające powinny być tak dobrane, aby w przypadku zwarcia przewodu fazowego z dostępnymi częściami przewodzącymi lub przewodem ochronnym samoczynne wyłączenie obwodu następowało w czasie krótszym niż określony przepisami. W układzie sieci TN wymaga to spełnienia warunku: Z s I a U o Z s impedancja pętli zwarcia, I a prąd zadziałania zabezpieczenia zwarciowego w wymaganym czasie, U o napięcie fazowe zabezpieczanego obwodu. Uwaga: Wyłączników różnicowoprądowych nie wolno stosować w układach TN-C. W przypadku stosowania ich w układach TN-C-S połączenie przewodu PE z przewodem PEN powinno być wykonane po stronie zasilania, a przewód PEN nie może być używany po stronie odbiornika. W przypadku układów sieci TT wszystkie przewodzące części dostępne, nienależące do obwodu elektrycznego, chronione tym samym urządzeniem, powinny być połączone ze sobą przewodami ochronnymi i przyłączone do tego samego uziomu. Jednocześnie wymagane jest spełnienie warunku: R A I a U L R A rezystancja uziemienia ochronnego części przewodzących dostępnych, U L maksymalna wartość dopuszczalnego napięcia dotykowego w danych warunkach (tab. 1), 21

23 I a prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego: dla urządzenia ochronnego różnicowoprądowego przyjmuje się, że prąd I a jest równy znamionowemu prądowi różnicowemu I ΔN, dla bezpieczników I a jest to prąd zapewniający zadziałanie w czasie nie dłuższym niż 5 s [3], dla wyłączników instalacyjnych I a jest to najmniejszy prąd zapewniający natychmiastowe wyłączenie. Uwaga: Jeśli powyższy warunek nie jest spełniony, należy wykonać między częściami dostępnymi połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe). Zastosowanie zabezpieczeń zwarciowych jako środka ochrony dodatkowej w sieciach TT jest ograniczone, gdyż działa poprawnie jedynie przy bardzo małych wartościach R A. Bezpiecznik instalacyjny jako urządzenie powodujące samoczynne wyłączenie zasilania Jest to urządzenie elektryczne przerywające obwód prądu w przypadku jego nadmiernej wartości. Działanie bezpieczników oparte jest o rozpad znajdującego się we wnętrzu wkładki bezpiecznikowej topika, wykonanego z drutu srebrnego lub miedzianego, pod wpływem silnego nagrzania przepływającym prądem. Wkładkę bezpiecznikową po zadziałaniu trzeba wymienić na nową. Czas zadziałania wkładki bezpiecznikowej zależy od wartości płynącego przez nią prądu i przy dużych prądach wynosi kilka milisekund. Zależność czasu zadziałania od wartości prądu płynącego przez wkładkę topikową, nazywana charakterystyką czasowoprądową, podawana jest przez producentów w katalogach. Prąd znamionowy wkładki topikowej I NF jest to największa znormalizowana wartość skuteczna prądu, który płynąc długotrwale przez wkładkę bezpiecznikową nie spowoduje jej zadziałania. Niewielkie przekroczenie prądu znamionowego (do 1,3 I NF ) nie powoduje zadziałania wkładki topikowej, a tylko jej nadmierne nagrzanie, do czego nie należy dopuszczać. Wartość prądu zadziałania wkładki bezpiecznikowej w wymaganym czasie (0,4 s lub 0,2 s) należy odczytać z jej charakterystyki czasowo-prądowej podanej w katalogach [1] lub z tabel zamieszczonych w literaturze [2]. Jeśli wybrany typ bezpiecznika nie zapewnia właściwego działania ochrony przeciwporażeniowej, można zastosować bezpiecznik o szybszym działaniu (na przykład zamiast typu gl zastosować typ gf). Wyłącznik instalacyjny jako urządzenie powodujące samoczynne wyłączenie zasilania Przerywa obwód prądu w przypadku jego nadmiernej wartości poprzez otwarcie znajdującego się wewnątrz zestyku. Jest urządzeniem wielokrotnego działania. Po otwarciu zestyku można go ponownie zamknąć. Wyposażony jest w dwa mechanizmy kontrolujące wartość prądu zwane wyzwalaczami, które powodują otwarcie zamka wyłącznika i przerwanie obwodu zasilania. Czas zadziałania wyzwalacza przeciążeniowego (termobimetalowego) zależy od wartości prądu. Po jego zadziałaniu trzeba odczekać z zamknięciem wyłącznika pewien czas, aż bimetal wystygnie. Wyzwalacz zwarciowy (elektromagnetyczny) działa natychmiast po przekroczeniu ustalonej wartości prądu i zapewnia dostatecznie szybkie wyłączenie zasilania w każdych warunkach środowiskowych. Po zadziałaniu wyzwalacza zwarciowego wyłącznik można zamknąć natychmiast. Prąd znamionowy wyłącznika I N jest to największa znormalizowana wartość prądu, którym można wyłącznik długotrwale obciążyć, nie powodując jego zadziałania. Dla zapewnienia czasu zadziałania krótszego niż 0,1 s należy przyjąć, w zależności od typu charakterystyki następujące wartości prądów: dla charakterystyki typu B I a = 5 I N, dla charakterystyki typu C I a = 10 I N, dla charakterystyki typu D I a = 20 I N. 22

24 Typ charakterystyki i prąd znamionowy oznaczone są na obudowie wyłącznika. Więcej o działaniu wyłączników instalacyjnych możesz przeczytać w literaturze [2], [3], [4]. Wyłącznik różnicowoprądowy (RCD) jako urządzenie powodujące samoczynne wyłączenie zasilania Jest urządzeniem powodującym szybkie wyłączenie zasilania już w momencie niewielkiego pogorszenia stanu izolacji podstawowej, w wyniku czego płynie tzw. prąd upływu. Powinien być umieszczany w obwodzie bezpośrednio przed chronionymi urządzeniami. Działa w oparciu o pierwsze prawo Kirchhoffa (bilans prądów). Elementem wykrywającym prąd upływu jest tzw. przekładnik Ferrantiego (przetwornik sumujący prądy), który jest rodzajem transformatora o wielu uzwojeniach po stronie pierwotnej i tylko jednym uzwojeniu po stronie wtórnej. Uzwojenie wtórne, nazywane różnicowym, steruje wyłączaniem napięcia zasilającego w przypadku, gdy suma prądów w uzwojeniach pierwotnych przekroczy wartość znamionowego różnicowego prądu wyzwalającego I ΔN. Dobierając wyłączniki różnicowoprądowe należy pamiętać, że mają one charakterystykę pasmową i mogą zadziałać już przy prądach upływu o wartości połowy prądu wyzwalającego I ΔN. Dla prawidłowego działania wyłącznika różnicowoprądowego wszystkie przewody robocze zasilające odbiornik muszą przechodzić przez wyłącznik, a zacisk ochronny urządzenia musi być połączony z przewodem ochronnym lub uziemiony (droga dla prądu upływu z chronionego elementu do ziemi lub przewodu ochronnego PE) jak na rysunku 2. Nie wolno łączyć z przewodem ochronnym ani uziemiać żadnego z przewodów przechodzących przez przekładnik Ferrantiego, gdyż będzie to powodowało nieuzasadnione zadziałanie wyłącznika. Prawidłowość działania wyłącznika różnicowoprądowego sprawdza się wciskając przycisk kontrolny. Rys. 2. Ochrona przed dotykiem pośrednim w sieci TN-S z wykorzystaniem wyłącznika różnicowoprądowego. 1 bezpiecznik, 2 wyłącznik różnicowoprądowy, 3 obudowa przewodząca odbiornika jednofazowego [2] Wartość rezystancji uziemienia ochronnego w przypadku stosowania wyłączników różnicowoprądowych w sieciach TT może być znacznie większa niż przy stosowaniu zabezpieczeń przetężeniowych i zależy od znamionowego różnicowego prądu wyzwalającego I ΔN. Wyłączniki różnicowoprądowe wykonywane są jako wysokoczułe (I ΔN o wartościach 10 i 30 ma) oraz niskoczułe (I ΔN o wartościach 100, 300, 500, 1000 ma). Wartość prądu znamionowego różnicowego dobiera się do miejsca zainstalowania wyłącznika, rodzaju obwodu i warunków środowiska. Najczęściej stosowane są wyłączniki działające pod wpływem prądów różnicowych sinusoidalnych (typ AC), choć spotyka się również wyłączniki reagujące na prądy odkształcone: wyprostowane jednopołówkowo, dwupołówkowo oraz pulsujące (typ A), a nawet na prądy stałe lub o niewielkiej częstotliwości (typ B). Jednoczesne stosowanie wyłączników różnicowoprądowych w szeregowo połączonych częściach instalacji (linia zasilająca i obwody odbiorcze) powinno zapewnić wyłączenie jedynie obwodu, w którym wystąpiło zagrożenie porażeniem. Aby spełnić ten warunek w linii zasilającej stosuje się wyłącznik selektywny (typ S), o mniejszej czułości (zwykle 100 ma) i nieco opóźnionym czasie zadziałania. 23

25 Uwaga: Selektywne wyłączniki różnicowoprądowe powinny działać w czasie nieprzekraczającym 0,2 s przy prądach dwukrotnie większych niż wartość znamionowego prądu różnicowego. W zasadzie wyłączniki różnicowoprądowe powinny być stosowane w sieciach o układzie TN-S lub TN-C-S. Niektóre firmy podjęły produkcję specjalnych wysokoczułych wyłączników różnicowoprądowych z kontrolą ciągłości przewodu ochronnego, które można stosować w instalacjach starego typu o układzie TN-C. Więcej o problemach związanych z zastosowaniem wyłączników różnicowoprądowych jako środka ochrony przed porażeniem dowiesz się z literatury [2]. Połączenia wyrównawcze Połączeniem wyrównawczym nazywa się elektryczne połączenie części przewodzących dostępnych (nienależących do obwodu elektrycznego) i części przewodzących obcych (nienależących do instalacji lub urządzeń elektrycznych), wykonane w celu wyrównania potencjałów. Przewody połączeń wyrównawczych oznacza się symbolem CC. Wyróżnia się: połączenia wyrównawcze główne, które łączą ze sobą główny przewód ochronny, główną szynę uziemiającą, uziom fundamentowy, przewodzące rury instalacji wewnątrz obiektu budowlanego (wodnej, c.o., gazowej) oraz metalowe elementy konstrukcji budynku (zbrojenia, poręcze, prowadnice dźwigów, pokrycia dachowe), połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe) obejmują jednocześnie dostępne części przewodzące urządzeń elektrycznych oraz części przewodzące obce i są połączone z przewodami ochronnymi wszystkich urządzeń. Więcej na temat połączeń wyrównawczych dowiesz się z literatury [2], [4] Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Ile wynoszą maksymalne czasy szybkiego wyłączania zasilania jako środka ochrony przed dotykiem pośrednim? 2. Jakie urządzenia ochronne realizują szybkie wyłączenie zasilania? 3. Jakie są warunki skuteczności działania samoczynnego wyłączenia zasilania w sieciach TN? 4. Jakie są warunki skuteczności działania samoczynnego wyłączenia zasilania w sieciach TT? 5. W jakich przypadkach nie wolno stosować jako urządzeń ochronnych wyłączników różnicowoprądowych? 6. Co decyduje o ograniczeniu zakresu ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieciach TT? 7. Od czego zależy czas zadziałania wkładki bezpiecznikowej? 8. Co nazywamy prądem znamionowym wkładki bezpiecznikowej? 9. Na jakiej podstawie można określić wartość prądu zadziałania bezpiecznika w czasie wymaganym dla skutecznego działania ochrony przed dotykiem pośrednim? 10. Jakie są podstawowe różnice w działaniu bezpiecznika i wyłącznika instalacyjnego? 11. Jak określa się wartość prądu zadziałania wyłącznika instalacyjnego w czasie wymaganym dla skutecznego działania ochrony przed dotykiem pośrednim? 12. W jakich warunkach następuje zadziałanie prawidłowo zainstalowanego wyłącznika różnicowoprądowego? 13. Jakie są warunki skutecznego działania wyłącznika różnicowoprądowego? 14. Co decyduje o wyborze wyłącznika RCD o określonym różnicowym prądzie znamionowym? 24