6. URZĄDZENIA OCHRONNE RÓŻNICOWOPRĄDOWE Jednym z najbardziej skutecznych środków ochrony przeciwporażeniowej jest ochrona przy zastosowaniu urządzeń ochronnych różnicowoprądowych (wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi). Urządzenia ochronne różnicowoprądowe pełnia następujące funkcje: - ochrona przed dotykiem pośrednim przy zastosowaniu tych urządzeń, jako elementów samoczynnego wyłączenia zasilania, - uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim przy zastosowaniu tych urządzeń o znamionowym prądzie zadziałania nie większym niż 30 ma, - ochrona budynku przed pożarami wywołanymi prądami doziemnymi przy zastosowaniu tych urządzeń o znamionowym prądzie zadziałania nie większym niż 500 ma. Tabela 8. Wymagane miejsca stosowania wyłączników różnicowoprądowych Prąd zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego musi zawierać się w granicach 0,5 I n 1,0 I n, gdzie I n jest znamionowym prądem zadziałania. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe należy stosować we wszystkich układach sieci, z wyjątkiem układu TN-C. Każdy wyłącznik różnicowoprądowy składa się z następujących członów funkcjonalnych: pomiarowego, wzmacniającego, wyłączającego, kontrolnego. Człon pomiarowy wyłącznika stanowi przekładnik prądowy Ferrantiego, który mierzy geometryczną sumę prądów roboczych, płynących przez wyjście wyłącznika. Człon wzmacniający zasilany jest siłą elektromotoryczną SEM, wyidukowana w uzwojeniu nawiniętym na rdzeniu przekładnika Ferrantiego. Stosowane są wzmacniacze elektromechaniczne (w postaci przekaźnika spolaryzowanego) lub elektroniczne. Człon wyłączający stanowi układ stykowy z mechanizmem wyłącznika. Człon kontrolny składa się z szeregowo połączonych rezystora i przycisku testującego TEST. Człon ten umożliwia sprawdzenie sprawności technicznej wyłącznika załączonego pod napięcie. Naciśniecie przycisku T powinno spowodować bezzwłoczne zadziałanie wyłącznika. Zasada działania wyłącznika różnicowo-prądowego polega na pomiarze sumy prądów płynących do odbiornika. W czasie normalnej pracy suma geometryczna jest równa zeru. W przypadku uszkodzenia izolacji w stosunku do metalowej obudowy odbiornika cześć prądu zwanego prądem upływowym popłynie do źródła, omijając przewody objęte rdzeniem i suma geometryczna prądów nie będzie równa zeru, co spowoduje powstanie strumienia magnetycznego w rdzeniu i siły elektromotorycznej w uzwojeniu nawiniętym na rdzeń, a to z kolei poprzez człon wzmacniający spowoduje uwolnienie mechanizmu wyłącznika i odłączenie odbiornika od sieci jeżeli I > 0,5 I n.
Rys. 6. Wyłącznik różnicowoprądowy. Schemat rozpływu prądów roboczych i prądu upływu Rys. 7. Schemat instalacji mieszkaniowej
W razie zwarcia przewodu fazowego z częścią przewodzącą dostępną urządzenia elektrycznego następuje zamknięcie obwodu elektrycznego przez przewód ochronny (ochronno-neutralny), punkt neutralny transformatora oraz przewód fazowy. Płynący w tym obwodzie prąd różnicowy I z powinien spowodować zadziałanie urządzenia różnicowoprądowego i wyłączenie urządzenia spod napięcia. Ze względu na wartość prądu I n wyłączniki różnicowoprądowe dzielą się na: a) wysokoczułe, których prąd I n nie przekracza 30 ma, b) średnioczułe, których prąd I n jest większy od 30 ma, lecz nie większy niż 500 ma, c) niskoczułe, których prąd I n jest większy od 500 ma. Wyłącznik różnicowoprądowy charakteryzują następujące parametry: a) napięcie znamionowe U, b) prąd znamionowy obciążenia - I n, c) znamionowy różnicowy prąd wyzwalający - I n. Wyłączniki różnicowoprądowe reagują na prąd uszkodzeniowy płynący do ziemi: przez uszkodzona izolację do uziemionego przewodu PE lub przez ciało człowieka. Nie reagują na prądy zwarciowe lub przeciążeniowe, płynące w przewodach roboczych. Dlatego też, w każdym obwodzie z wyłącznikiem różnicowoprądowym konieczne jest stosowanie również zabezpieczeń nadprądowych. Wyłączniki różnicowoprądowe mogą być instalowane we wszystkich układach sieci niskiego napięcia TN, TT, IT. W układzie TN wyłącznik różnicowoprądowy może być stosowany pod warunkiem, ze sieć odbiorcza za wyłącznikiem będzie zbudowana w układzie TN-S. Wyłączników różnicowoprądowych nie wolno stosować w układzie TN-C. Rys. 8. Wyłącznik różnicowoprądowy w poszczególnych układach sieci
7. SEPARACJA ELEKTRYCZNA Ochrona przez zastosowanie separacji elektrycznej polega na oddzieleniu od siebie obwodu zasilającego i odbiorczego (separowanego) w sposób pewny i na tyle skuteczny, że w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej w obwodzie odbiorczym (separowanym) nie wystąpią warunki zagrażające porażeniem prądem elektrycznym. Zasilanie obwodu separowanego może być dokonane za pomocą: - transformatora separacyjnego, - innego źródła, np. prądnicy napędzanej z innego źródła niż elektryczne. Przy stosowaniu separacji muszą być spełnione następujące warunki: napięcie znamionowe obwodu separowanego (odbiorczego) nie może przekraczać 500 V prądu przemiennego i 750 V prądu stałego, - łączna długość oprzewodowania separowanego obwodu nie może przekraczać 500 m, - iloczyn napięcia znamionowego i łącznej długości oprzewodowania nie może przekraczać 100000. Z jednego źródła separacyjnego (transformatora) powinien być zasilany jeden odbiornik. Obwodu separowanego i zasilanych z niego odbiorników nie wolno uziemiać, zerować lub łączyć z innym obwodem elektrycznym. W pomieszczeniach o przewodzących podłodze i ścianach obudowę urządzenia odbiorczego należy połączyć metalicznie z przewodzącą podłogą. W przypadku zasilania więcej niż jednego odbiornika powinny być spełnione następujące warunki: 1) wszystkie części przewodzące i dostępne urządzeń powinny być połączone miedzy sobą poprzez nieuziemione przewody wyrównawcze, 2) wszystkie gniazda wtyczkowe powinny mieć styki ochronne połączone systemem przewodów wyrównawczych. Rys. 9. Separacja elektryczna jednego odbiornika I klasy ochronności (a) oraz jednego odbiornika I klasy ochronności w pomieszczeniu o przewodzącej podłodze i ścianach (b) 8. POŁĄCZENIA WYRÓWNAWCZE GŁÓWNE I DODATKOWE (MIEJSCOWE) Zastosowanie połączeń wyrównawczych ma na celu ograniczenie do wartości dopuszczalnych długotrwale, w danych warunkach środowiskowych, napięć występujących pomiędzy różnymi częściami przewodzącymi. Każdy budynek powinien mieć połączenia wyrównawcze główne. Elementy przewodzące wprowadzane do budynku z zewnątrz (rury, kable) powinny być przyłączone do głównej szyny uziemiającej możliwe jak najbliżej miejsca ich wprowadzenia. Połączenia wyrównawcze główne realizuje się przez umieszczenie w najniższej kondygnacji budynku głównej szyny (zacisku) uziemiającej, do której są przyłączone: - przewody uziemiające, - przewody ochronne lub ochronno-neutralne, - funkcjonalne przewody uziemiające (w razie potrzeby), - metalowe rury oraz metalowe urządzenia wewnętrznych instalacji wody zimnej, wody gorącej, ścieków, centralnego ogrzewania, gazu, klimatyzacji, metalowe powłoki i pancerze kabli elektroenergetycznych itp. - metalowe elementy konstrukcyjne budynku, takie jak np. zbrojenia itp. W pomieszczeniach o szczególnym zagrożeniu porażeniem, jak np. w łazienkach wyposażonych w wannę lub/i basen natryskowy, hydroforniach, pomieszczeniach wymienników ciepła, kotłowniach, pralniach, kanałach rewizyjnych, pomieszczeniach rolniczych i ogrodniczych oraz przestrzeniach,
w których nie ma możliwości zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie po przekroczeniu wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale na częściach przewodzących dostępnych, powinny być wykonane połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe). Połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe) powinny obejmować wszystkie części przewodzące jednocześnie dostępne, to jest: - części przewodzące dostępne, - części przewodzące obce, - przewody ochronne wszystkich urządzeń, w tym również gniazd wtyczkowych i wypustów oświetleniowych, - metalowe konstrukcje i zbrojenie budowlane. Wszystkie połączenia i przyłączenia przewodów biorących udział w ochronie przeciwporażeniowej powinny być wykonane w sposób pewny, trwały w czasie, chroniący przed korozją. Przewody należy łączyć ze sobą przez zaciski przystosowane do materiału, przekroju oraz ilości łączonych przewodów, a także środowiska, w którym połączenie to ma pracować. Bardzo ważne jest rozróżnienie połączeń wyrównawczych głównych od uziemień. Aby określone elementy mogły być wykorzystane jako uziomy muszą spełniać określone wymagania i musi być zgoda właściwej jednostki na ich wykorzystanie. Dotyczy to na przykład rur wodociągowych, kabli itp. Niektóre elementy jak np. rury gazu, palnych cieczy itp. nie mogą być wykorzystywane jako uziomy. Natomiast wszystkie wyżej wymienione elementy powinny być w danym budynku połączone ze sobą poprzez główną szynę uziemiająca, celem stworzenia ekwipotencjalizacji. W związku z powyższym, celem wykonania połączeń wyrównawczych, za wystarczające uważa się zainstalowanie wstawki izolacyjnej na wprowadzeniu rury gazowej do budynku, jak to przedstawiono na rysunku 10. Rys. 10. Połączenie wyrównawcze w budynku mieszkalnym główne w piwnicy, dodatkowe (miejscowe) w łazience