Ćwiczenie S 22 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem ochrony przeciwporażeniowej przed dotykiem pośrednim (ochrony dodatkowej) opartym na izolowaniu stanowiska, a przede wszystkim z zakresem i metodami badań odbiorczych i okresowych eksploatacyjnych tego sposobu ochrony. 2. Program ćwiczenia Należy przeprowadzić pełne badania odbiorcze izolowanego stanowiska rozdzielnicy zasilającej pomieszczenie laboratoryjne. Badania należy przeprowadzić w zakresie przedstawionym w p. 3.2. Pomiary rezystancji przeprowadzić trzema omówionymi metodami. Przed przystąpieniem do pomiarów należy opracować schematy zasadnicze układów pomiarowych wraz z doborem parametrów stosowanych przyrządów. Poza wnioskami dotyczącymi oceny sprawności układu ochrony przeciwpomiarowej należy ocenić stosowane w ćwiczeniu metody pomiarowe pod kątem ich dokładności i przydatności. 3. Wiadomości ogólne 3.1. Istota izolowania stanowiska Sposób ochrony przeciwporażeniowej przez zastosowanie izolowanego stanowiska polega na stworzeniu człowiekowi takich warunków pracy, aby nie mógł się on zetknąć z potencjałem innym niż potencjał uszkodzonego urządzenia. Szczegółowe wymagania dotyczące tego sposobu ochrony zawarte są w normie [1]. - 1 -
a a b 3 M M 1 2 Rys. 3.1. Izolowane stanowisko Oznaczenia: 1- chodnik izolacyjny, 2- przewód wyrównawczy, 3- osłona izolacyjna, a 2m - odległość między przedmiotami dostępnymi ze stanowiska, b>2m - odległość do przedmiotów nie dostępnych ze stanowiska Realizacja tego sposobu ochrony polega wobec tego na odizolowaniu stanowiska pracy od ziemi i wyrównaniu potencjałów części przewodzących nie należących do obwodu elektrycznego a dostępnych z tego stanowiska (rys. 3.1). Oddalenie części przewodzących dostępnych od części przewodzących obcych oraz oddalenie od siebie części przewodzących dostępnych jest wystarczające, jeżeli odległość między dwoma częściami jest nie mniejsza niż 2m. Jeżeli odległość pomiędzy częściami przewodzącymi dostępnymi a częściami przewodzącymi obcymi jest mniejsza niż 2m można zastosować bariery (przegrody między nimi, są one skuteczne wówczas, gdy zwiększają ta odległość do 2m. Bariera nie powinna być przyłączona do ziemi ani do części przewodzących dostępnych i w miarę możliwości powinna być wykonana z materiałów izolacyjnych. Jeżeli odległość między częściami przewodzącymi dostępnymi na stanowisku jest mniejsza niż 2 m, można zastosować przewód wyrównawczy. Dostępne ze stanowiska części przewodzące obce powinny być zabezpieczone osłonami izolacyjnymi o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej i elektrycznej. Osłona izolacyjna powinna wytrzymywać próbę napięciem o wartości, co najmniej 2000 V, prąd upływu w normalnych warunkach nie powinien przekraczać 1 ma. Stanowisko może być uznane jako izolowane od ziemi, jeżeli rezystancja uziemienia podłóg i ścian ma tak dużą wartość, że prąd rażenia będzie - 2 -
dostatecznie mały, tj. nie będzie przekraczał granicy odczuwania wynoszącej 0,5 ma (wg. [2]). Stąd otrzymamy zależność określającą rezystancję stanowiska [4]: U 5 n 4 R st = 1,1 10 (3.1) gdzie: U n - napięcie znamionowe sieci zasilającej względem ziemi w V. Tak rygorystycznie sformułowanego wymagania nie zawierają nowe przepisy [1]. Określają one graniczną wartość rezystancji podłóg i ścian izolacyjnych na 50 kω, gdy napięcie znamionowe względem ziemi nie przekracza 500 V, oraz 100 kω, gdy napięcie względem ziemi przekracza 500 V. Materiał zastosowany w celu uzyskania wymaganej rezystancji stanowiska powinien mieć trwałe własności izolacyjne i mechaniczne oraz powinien być trwale przymocowany do podłoża. Nie powinien podlegać działaniu wilgoci. Urządzenia na stanowisku powinny być instalowane na stałe. Jeżeli na stanowisku przewidziane jest stosowanie urządzeń ruchomych i przenośnych zastosowane środki ochrony powinny umożliwiać ich zastosowanie. Sposób ochrony przed dotykiem pośrednim przez zastosowanie izolowanego stanowiska jest szczególnie dogodny w pomieszczeniach ruchu elektrycznego. - 3 -
3.2. Zakres badań stanowisk izolowanych Zakres badań stanowisk izolowanych przedstawiony jest w tab. 3.1. Tab. 3.1 Zakresy badań stanowisk izolacyjnych [4] Zakres badań Czynnoś ci kontrolne odbiorczych i okresowych pełnych okresowych skróconych 1. Sprawdzenie stanu instalacji zasilającej a) oględziny instalacji ze szczególnym uwzględnieniem stanu ochrony podstawowej, b) pomiar rezystancji izolacji roboczej instalacji, c) sprawdzenie stanu zabezpieczeń zwarciowych, d) ogólna ocena stanu instalacji zasilającej. 2. Badanie podłoża izolacyjnego stanowiska: a) oględziny b) pomiary rezystancji stanowiska, c) ogólna ocena stanu podłoża izolacyjnego. 3. Badanie zagrożenia porażeniowego w obrębie stanowiska izolacyjnego: a) sprawdzenie, czy na stanowisku izolowanym są użytkowane tylko urządzenia zainstalowane na stałe, b) sprawdzenie stanu wymaganych połączeń wyrównawczych, osłon izolacyjnych i barier, c) pomiary napięć rażeniowych lub dotykowych, d) ogólna ocena bezpieczeństwa w obrębie stanowiska izolowanego. 3.3. Sprawdzenie stanu instalacji zasilającej Oględziny polegają na sprawdzeniu tych wymagań stawianych instalacji elektrycznej (urządzeniom), dla których nie trzeba stosować narzędzi i przyrządów - 4 -
pomiarowych. Podczas oględzin należy sprawdzić ogólna jakość wykonania i wykończenia, a w szczególności, czy instalacja (urządzenie): -spełnia wymagania przepisów technicznych, -jest wykonane zgodnie z dokumentacją techniczną, -nie wykazuje żadnych widocznych uszkodzeń mogących wpływać ujemnie na bezpieczeństwo użytkowania, trwałość, niezawodność oraz trwałość napraw, -jest wykonana w sposób trwały oraz zabezpieczona przed uszkodzeniami i szkodliwymi wpływami otoczenia. Pomiar rezystancji izolacji roboczej obwodu zasilającego należy przeprowadzić między: a) każdym przewodem fazowym a ziemią, b) przewodem neutralnym a ziemią w układach sieciowych, w których przewód neutralny ma taką samą izolację względem ziemi, jak przewody fazowe, po odłączeniu wszystkich połączeń z uziemieniem, c) każdymi dwoma przewodami roboczymi (fazowymi i neutralnym). Przed wykonaniem pomiarów należy: o odłączyć zasilanie, o odłączyć wszystkie odbiorniki (wykręcić żarówki i lampy wyładowcze, wyjąć wtyczki przenośnych odbiorników, odłączyć przewody od odbiorników zainstalowanych na stałe), o odłączyć wszystkie elementy mogące ulec uszkodzeniom (np. elektroniczne), o zamknąć wszystkie łączniki (oczywiście z wyjątkiem łącznika na zasilaniu obwodu). Tab. 3.2. Napięcia probiercze i rezystancja izolacji badanego obwodu Napięcie Napięcie Rezystancja L.p. znamionowe probiercze izolacji obwodu U V V 1 U U L 250 0,25 2 U L < U 500 500 0,50 3 500 < U 1000 1000 1,00 U L - napięcie bezpieczne - 5 -
Pomiar należy przeprowadzić prądem stałym o napięciu probierczym nie mniejszym niż podane w tabeli 3.2 [3], wynik pomiaru należy uznać za dodatni, jeżeli rezystancja izolacji jest nie mniejsza niż wg tab. 3.2. 3.4. Badanie podłoża izolacyjnego stanowiska Należy sprawdzić, czy zastosowany materiał izolacyjny ma trwałe właściwości izolacyjne i mechaniczne, czy jest trwale przymocowany do podłoża i czy nie jest narażony na działanie wilgoci. Pomiary rezystancji izolacji należy przeprowadzić w trzech różnych miejscach na podłodze i trzech różnych miejscach na ścianie danego stanowiska. Jeden z pomiarów należy wykonać w miejscu (na podłodze i ścianie) znajdującym się w odległości nie większej niż Im od części przewodzących obcych, a pozostałe w odległościach większych. Wynik pomiaru rezystancji stanowiska zależy od wielu a przede wszystkim od konstrukcji elektrody pomiarowej, przyłożonego napięcia i czasu przepływu prądu pomiarowego. Z tych powodów najlepiej jest: a) elektrodę odtwarzającą styczność człowieka z podłożem (rys. 3.2) wykonać z gumy przewodzącej lub wilgotnego płótna o powierzchni 250 mm x 250 mm i obciążyć ją ciężarem 75 kg - w przypadku pomiaru rezystancji podłogi, 25 kg w przypadku pomiaru rezystancji ściany, b) pomiar wykonać napięciem o wartości nie mniejszej niż 0,9 wartości napięcia znamionowego względem ziemi, napięcie doprowadzić poprzez rezystancję odtwarzającą rezystancję człowieka (1000 Ω), c) Wskazania przyrządów odczytać po upływie 1 min od przyłożenia napięcia i obciążenia elektrody pomiarowej. - 6 -
6 7 75 kg 5 4 3 2 1 Rys. 3.2. Elektroda pomiarowa Oznaczenia: 1 guma przewodząca (wilgotne płótno), 2 folia metalowa, 3 warstwa elastyczna, 4 sztywna płyta izolacyjna, 5 masa dociskająca elektrodę, 6 zacisk elektrody, 7 podłoże stanowiska Pomiar można wykonać metodą woltomierzową lub metodą techniczną. W metodzie woltomierzowej (rys. 3.3) wykorzystuje się zjawisko podziału napięcia doprowadzonego do układu na szeregowo połączonych rezystancji Rc i mierzonej rezystancji stanowiska Rs. Rezystancję stanowiska wyznacza się z dwóch zmierzonych napięć z zależności: gdzie: R U U 1 2 s = R c (3.2) U 2 U 1 - napięcie zmierzone względem ziemi, U 2 - napięcie względem stanowiska, zmierzone na rezystancji R c W celu zapewnienia dokładności pomiaru należy stosować wielozakresowy woltomierz elektroniczny o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej. L1 L2 L3 PEN AT V R c U 1 U 2 Rys. 3.3. Układ do pomiaru rezystancji stanowiska metoda woltomierzową - 7 -
Metoda techniczna (rys. 3.4) oparta jest, jak wiadomo, na pomiarze prądu przepływającego przez stanowisko I s i napięcia przyłożonego do stanowiska U, rezystancję stanowiska oblicza się z zależności: U R s = (3.3) I s L1 L2 L3 PEN AT R c V ma Rys. 3.4. Układ do pomiaru rezystancji stanowiska metodą techniczną Ostatnio wydana norma [6] (która zastąpiła normę [1] zaleca do pomiaru rezystancji izolacji podłóg i ścian stosować źródło prądu stałego o wartości około 500 V (przy napięciu znamionowym instalacji nie przekraczającym 500 V). Źródłem tym może być omomierz induktorowy. Napięcie rażeniowe można zmierzyć wykorzystując układ pomiarowy przedstawiony na rys. 3.3. Jeżeli R c = 1000 Ω, to napięcie U 2 przy włączonym R c jest napięciem rażeniowym (jeżeli autotransformator jest tak nastawiony, że U 1 = U n ) - 8 -
4. Literatura [1] PN-92/E-05009/41 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona zapewniająca bezpieczeństwo. Ochrona przeciwporażeniowa. [2] IEC Report 479-1, 1984. Effect of current passing through the human body. Part 1, General aspects. [3] PN 88/E-4300 Instalacje elektryczne na napięcie nieprzekraczające 1000V w budynkach. Badania techniczne przy odbiorach. [4] Masny J. Środki dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej stosowane indywidualnie w urządzeniach elektrycznych niskiego napięcia. Gospodarka Paliwami i Energią 1987,nr 7. [5] Jabłoński W., Masny J. Pomiary napięć rażeniowych i dotykowych. Gospodarka Paliwami i energią 1988, nr 2. [6] PN-93/E-05009/61 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Sprawdzanie. Sprawdzanie odbiorcze. - 9 -