Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania Wydział Zarządzania Studia Podyplomowe ERGONOMIA, BEZPIECZEŃSTWO I HIGIENA PRACY Dyscyplina: Energia elektryczna w środowisku pracy M a t e r i a ł y ź r ó d ł o w e Wyboru dokonał i opracował: doc. dr inż. Wojciech Urbański W a r s z a w a
ERGONOMIA, BEZPIECZEŃSTWO I ZDROWIE W ŚRODOWISKU PRACY Energia elektryczna w środowisku pracy SPIS TREŚCI 1. Piśmiennictwo 2. Zbór terminów dyscypliny 3. Układy sieciowe 4. Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach i instalacjach 5. Obwody bardzo niskich napięć bezpiecznych 6. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe 7. Separacja elektryczna 8. Połączenia wyrównawcze główne oraz dodatkowe (miejscowe) 9. Działanie prądu na organizm ludzki 10. Wytyczne postępowania w przypadku porażenia prądem elektrycznym 11. Postępowanie powypadkowe 1. PIŚMIENNICTWO [1]. Laskowski J.: Poradnik elektroenergetyka przemysłowego. Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP. Warszawa, 2005. [2]. Lenartowicz R., Zdunek W.: Sieci, urządzenia i instalacje elektryczne. Egzamin kwalifikacyjny. Grupa I. Dom Wydawniczy MEDIUM. Warszawa, 2003. [3]. Uczciwek T.: Dozór i eksploatacja instalacji oraz urządzeń elektroenergetycznych w zakładach przemysłowych i innych jednostkach gospodarczych. Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP. Warszawa, 2000. [4]. Uczciwek T.: Bezpieczeństwo i higiena pracy oraz ochrona przeciwpożarowa w elektroenergetyce. Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP. Warszawa, 1998. [5]. PN-IEC 364-4-481:1994. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona zapewniająca bezpieczeństwo. Dobór środków ochrony w zależności od wpływów zewnętrznych. Wybór środków ochrony przeciwporażeniowej w zależności od wpływów zewnętrznych. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, grudzień 1994. [6]. PN-IEC 60364-4-41:1999. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, luty 2000. [7]. PN-IEC 60364-4-43:1999. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed prądem przetężeniowym. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, wrzesień 1999. [8]. PN-IEC 60364-4-47:1999. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona zapewniająca bezpieczeństwo. Zastosowanie środków ochrony zapewniających bezpieczeństwo. Postanowienia ogólne. Środki ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, maj 1999. [9]. PN-IEC 60364-5-54:1999. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia i przewody ochronne. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, listopad 1999. [10]. PN-IEC 60364-7-701:1999. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Pomieszczenia wyposażone w wannę lub/i basen kąpielowy. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, wrzesień 1999. [11]. PN-IEC 60364-7-701:1999. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Baseny pływackie i inne. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, wrzesień 1999.
2. ZBIÓR TERMINÓW DYSCYPLINY 1) część czynna - żyła przewodu lub inna cześć przewodząca prąd elektryczny, znajdująca się w czasie normalnej pracy pod napięciem, w tym także przewód neutralny N, z wyjątkiem przewodu ochronno-neutralnego PEN; 2) części jednocześnie dostępne - części czynne, części przewodzące dostępne, części przewodzące obce, przewody ochronne, wyrównawcze i uziomy, które znajdują się w zasięgu ręki; 3) część przewodząca dostępna - przedmiot przewodzący lub cześć przewodząca urządzenia, znajdująca się w zasięgu ręki, oddzielona od części czynnych jedynie izolacją roboczą, mogąca znaleźć się w warunkach zakłóceniowych pod napięciem, 4) część przewodząca obca - przedmiot przewodzący lub cześć przewodząca, nie będąca częścią urządzenia elektrycznego, mogąca znaleźć się pod napięciem, 5) miejsce dostępne - miejsce, do którego można się dostać bez korzystania z przedmiotów pomocniczych, jak np. drabiny, słupołazy, 6) izolacja ochronna - środek dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej z zastosowaniem izolacji ograniczającej możliwość porażenia prądem elektrycznym; do izolacji takiej zalicza się izolację podwójną, izolację wzmocnioną, obudowę izolacyjną; są to izolacje o właściwościach co najmniej równoważnych pod względem elektrycznym i mechanicznym izolacji roboczej, 7) izolacja robocza - izolacja części czynnej, niezbędna do zapewnienia należytej pracy urządzenia elektrycznego, która jednocześnie zapewnia ochronę przeciwporażeniową, 8) izolacja stanowiska - środek ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej, polegający na izolowaniu stanowiska od ziemi i wyrównaniu potencjałów obcych części przewodzących a dostępnych z tego stanowiska, 9) napięcie dotykowe - napięcie, które występuje w warunkach normalnych lub może pojawić się w warunkach zakłóceniowych pomiędzy dwiema częściami jednocześnie dostępnymi, nie należącymi do obwodu elektrycznego, 10) ochrona przeciwporażeniowa podstawowa (ochrona przed dotykiem bezpośrednim) - ochrona zapobiegająca niebezpiecznym skutkom dotknięcia części czynnych, 11) ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa (ochrona przed dotykiem pośrednim) - ochrona zapobiegająca niebezpiecznym skutkom dotknięcia części przewodzących, dostępnych w przypadku pojawienia się na nich napięcia w warunkach zakłóceniowych, 12) odbiornik ręczny - odbiornik, który w czasie pracy trzymany jest w ręku, np. ręczna wiertarka, szlifierka, suszarka elektryczna, lutownica itp., 13) odbiornik przenośny (ruchomy) - odbiornik, który w czasie użytkowania może być przemieszczany, np. spawarka, betoniarka, pralka domowa, chłodziarka, lampa stołowa itp., 14) przewód neutralny N - przewód roboczy wyprowadzony z neutralnego punktu układu sieciowego, 15) przewód ochronny PE - przewód stanowiący element zastosowanego środka ochrony przeciwporażeniowej, do którego przyłącza się części przewodzące dostępne i części przewodzące obce w celu objęcia ich ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa, 16) przewód ochronno-neutralny PEN - przewód spełniający jednocześnie funkcje przewodu ochronnego PE i przewodu neutralnego N, 17) przewody skrajne - przewody fazowe przy prądzie przemiennym oraz przewody: dodatni i ujemny przy prądzie stałym, 18) przewód uziomowy - przewód łączący uziom z przewodem ochronnym PE lub zaciskiem probierczym uziomowym, 19) zasięg ręki - dostępny wokół człowieka obszar o kształcie walca, o średnicy 2,5 m, rozciągający się 2,5 m ponad poziom ustawienia stóp i 1,25 m poniżej tego poziomu, 20) separacja odbiornika - środek ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej polegający na zasileniu odbiornika poprzez transformator lub prądnice separacyjne, 21) sieć ochronna - środek ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej polegający na połączeniu części przewodzących dostępnych i obcych z uziemiona siecią, wykonana z przewodów ochronnych PE i połączeń wyrównawczych, 22) stanowisko nieprzewodzące - stanowisko o rezystancji nie mniejszej niż 50 kω dla napięcia nie przekraczającego 500 V i 100 kω, gdy napięcie znamionowe względem ziemi jest wyższe niż 500 V oraz na którym w zasięgu ręki nie ma części czynnych lub części przewodzących obcych, 23) urządzenie klasy ochronności 0 - urządzenie, w którym ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zastosowanie izolacji roboczej (ochrona podstawowa); urządzenie to nie ma zacisku ochronnego przeznaczonego do połączenia z przewodem ochronnym,
24) urządzenie klasy ochronności I - urządzenie, w którym ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zastosowanie izolacji roboczej i ma zacisk (styk) ochronny umożliwiający połączenie części przewodzących dostępnych z przewodem ochronnym (ochrona dodatkowa), 25) urządzenie klasy ochronności II - urządzenie, w którym ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zastosowanie izolacji ochronnej (podwójnej bądź wzmocnionej); urządzenie to nie ma styku ochronnego, 26) urządzenie klasy ochronności III - urządzenie, w którym ochrona przeciwporażeniowa jest zapewniona przez zastosowanie napięcia roboczego nie przekraczającego napięcia bezpiecznego, 27) uziemienie ochronne - środek ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej polegający na połączeniu z uziomem bądź uziomami części przewodzących dostępnych i powodujący w warunkach zakłóceniowych samoczynne odłączenie zasilania, 28) uziemienie robocze - uziemienie określonego punktu obwodu elektrycznego zapewniające prawidłowa prace urządzeń w warunkach normalnych i zakłóceniowych, 29) uziom - przedmiot metalowy lub zespól przedmiotów metalowych w ziemi zapewniający z nią połączenie elektryczne stosowane są uziomy sztuczne bądź naturalne, 30) wyłącznik przeciwporażeniowy różnicowoprądowy środek ochrony dodatkowej wyposażony w człon pomiarowy różnicowoprądowy oraz człon wyłączający, powodujący samoczynne odłączenie zasilania w warunkach wystąpienia nadmiernego prądu doziemnego, 31) zerowanie - środek ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej stosowany w układzie TN polegający na połączeniu przewodzących części dostępnych z uziemionym przewodem ochronnym PE bądź ochronno-neutralnym PEN i powodujący wyłączenie napięcia w warunkach zakłóceniowych. Napięcie uważa się za bezpieczne, jeżeli w określonych warunkach środowiskowych nie przekracza wartości napięcia U L, podanego w tabeli 1. Tabela 1. Napięcie bezpieczne 1) Napięcie bezpieczne U L jest to największa bezpieczna wartość napięcia roboczego lub dotykowego, utrzymująca się długotrwale w określonych warunkach oddziaływania otoczenia. 2) Warunki środowiskowe 1 są to takie warunki, w których rezystancja ciała ludzkiego w stosunku do ziemi wynosi co najmniej 1000 Ω. 3) Warunki środowiskowe 2 są to takie warunki, w których rezystancja ciała ludzkiego w stosunku do ziemi wynosi mniej niż 1000 Ω, np. na wolnym powietrzu, w pomieszczeniach mokrych itp. W przypadku występowania szczególnych warunków środowiskowych, np. zanurzenia ciała w wodzie, pracy wewnątrz zbiorników metalowych, należy zastosować napięcia bezpieczne niższe od podanych w tabeli 1, ustalone w drodze indywidualnej analizy zagrożenia porażeniem prądem elektrycznym. 3. UKŁADY SIECIOWE Eksploatację sieci, instalacji i urządzeń elektroenergetycznych należy prowadzić zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz szczegółowymi zasadami postępowania, w sposób zapewniający właściwe i zgodne z przeznaczeniem wykorzystanie tych urządzeń, racjonalne i oszczędne użytkowanie energii, bezpieczeństwo obsługi i otoczenia oraz zachowanie wymagań ochrony środowiska. Kodeks Pracy wymaga, aby maszyny i urządzenia techniczne zapewniały bezpieczeństwo i higieniczne warunki pracy, w szczególności, aby zabezpieczały pracownika przed urazami, działaniem niebezpiecznych substancji chemicznych, porażeniem prądem elektrycznym, nadmiernym hałasem, szkodliwymi wstrząsami, działaniem wibracji, promieniowaniem oraz szkodliwym i niebezpiecznym działaniem innych czynników środowiska pracy.
Kodeks Pracy nakłada obowiązek na konstruktorów, aby maszyny i inne urządzenia techniczne spełniały wyżej wymienione wymagania, przy czym, gdy konstrukcja zależy od warunków lokalnych, obowiązek ten przechodzi na pracodawcę, także i zapewnienie prawidłowego ich funkcjonowania zarówno w czasie uruchamiania jaki podczas eksploatacji. Pracownicy zajmujący się eksploatacją urządzeń elektroenergetycznych prowadzić muszą prawidłową, bezpieczną i ekonomiczną eksploatację tych ustrojów odpowiednio do zakresu czynności ustalonych przez kierownika zakładu oraz instrukcji eksploatacji. Pośród wielu zagadnień wymienianych wyżej szczególnie istotna jest, szeroko pojmowana, problematyka instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych. Od prawidłowego ich zaprojektowania, wykonania, następnie uzbrojenia w urządzenia podwyższające bezpieczeństwo eksploatacji zależy życie rzesz użytkowników, często legitymujących się elementarnym tylko zasobem wiedzy elektrotechnicznej. Podstawowa zatem część zgromadzonych materiałów dotyczyć będzie rozwiązań nowoczesnych układów zasilających odbiorców komunalnych i przemysłowych. Poszczególne układy sieciowe oznacza się za pomocą symboli literowych. Pierwsza litera oznacza związek między układem sieci a ziemią, mianowicie: T - bezpośrednie połączenie jednego punktu układu sieciowego z ziemią. Najczęściej jest łączony z ziemią przewód N. I - wszystkie części czynne tj. mogące się znaleźć pod napięciem w warunkach normalnej pracy są izolowane od ziemi, lub jeden punkt układu sieciowego jest połączony z ziemią poprzez impedancję lub bezpiecznik iskiernikowy (uziemienie otwarte). Druga litera oznacza związek pomiędzy częściami przewodzącymi dostępnymi a ziemią: N bezpośrednie połączenie (metaliczne) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych z uziemionym punktem układu sieciowego, zazwyczaj z uziemionym punktem neutralnym; T bezpośrednie połączenie z ziemią (chodzi tu o uziemienie) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych, niezależnie od uziemienia punktu układu sieciowego, zazwyczaj uziemienia punktu neutralnego. Następna litera (litery) oznacza związek między przewodem (żyłą) neutralnym N i przewodem (żyłą) ochronnym PE: C - punkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełnia jeden przewód, zwany przewodem ochronno-neutralnym PEN; S - funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełniają osobne przewody - przewód N i przewód PE; C-S - w pierwszej części sieci, licząc od strony zasilania, zastosowany jest przewód ochronnoneutralny PEN, a w drugiej osobny przewód neutralny N i przewód ochronny PE. Tabela 2. Oznaczenia literowe przewodów i zacisków urządzeń elektrycznych
Schematy układów sieciowych Układ sieciowy TN charakteryzuje sie następującymi cechami: 1) Jeden z punktów układu powinien być uziemiony. W układach mających punkt neutralny, uziemia się ten punkt neutralny. 2) Wszystkie części przewodzące dostępne instalacji elektrycznej powinny być połączone z uziemionym punktem układu zasilania przy pomocy przewodów ochronnych lub ochronnoneutralnych. 3) Zaleca się przyłączanie przewodów ochronnych i ochronno-neutralnych do uziomów sztucznych i naturalnych. 4) Zaleca się uziemienie punktu, w którym przewód ochronno-neutralny PEN rozdziela się na przewód ochronny PE i przewód neutralny N (układ TN-C-S). 5) Każdy obiekt budowlany powinien mieć połączenie wyrównawcze główne. Połączenia te realizuje się przez umieszczanie w dolnej kondygnacji obiektu budowlanego głównej szyny (zacisku) uziemiającej, do której są przyłączane: - przewody uziemiające; - przewody ochronne lub ochronno-neutralne; - funkcjonalne przewody uziemiające (metalowe rury itp.) oraz metalowe urządzenia wewnętrznych instalacji obiektu budowlanego np. wody zimnej, wody gorącej, ścieków, co, gazu, klimatyzacji, osłony oraz płaszcze metalowe kabli itp. - metalowe elementy konstrukcyjne np. zbrojenia. 6) W pomieszczeniach o szczególnym zagrożeniu porażeniem, jak np. w łazienkach wyposażonych w wannę, powinny być zainstalowane połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe) łączące ze sobą części jednocześnie dostępne. Połączenia wyrównawcze dodatkowe (miejscowe) mogą obejmować: - całą instalację, cześć instalacji, jedno urządzenie, wiele urządzeń; - określone miejsca i przestrzenie; - określone pomieszczenia. Układy TN dzielą się na: - układy TN-C; - układy TN-S; - układy TN-C-S. Układ sieciowy TT charakteryzuje się następującymi cechami: 1) Jeden z punktów układu powinien być uziemiony. W układach mających punkt neutralny, uziemia się ten punkt neutralny. Jeżeli układ nie ma punktu neutralnego, albo jest on niedostępny, uziemia się jeden z przewodów fazowych. Uziemienia te wykonuje się na transformatorach lub prądnicach, albo w ich bezpośrednim sąsiedztwie. 2) Elementy przewodzące wprowadzane do obiektu budowlanego z zewnątrz (rury, kable) powinny być przyłączane do głównej szyny uziemiającej możliwie jak najbliżej miejsca ich wprowadzenia. Pozostałe cechy układu TT są analogiczne jak dla układu TN. Układ sieciowy IT charakteryzuje się następującymi cechami: 1) Wszystkie części czynne układu mającego punkt neutralny powinny: - być odizolowane od ziemi albo mieć przyłączony punkt neutralny lub sztuczny punkt neutralny do ziemi przez bezpiecznik iskiernikowy (uziemienie otwarte), albo przez impedancje o dużej wartości, lub - mieć połączenie z ziemia przez sztuczny punkt neutralny przyłączony do ziemi bezpośrednio, o ile jego impedancja dla składowej zerowej jest wystarczająco duża. Wszystkie części czynne układu nie mającego punktu neutralnego powinny być odizolowane od ziemi albo mieć przyłączony jeden z przewodów fazowych do ziemi przez bezpiecznik iskiernikowy (uziemienie otwarte). Żaden przewód czynny nie powinien mieć bezpośredniego połączenia z ziemią. 2) Wszystkie części przewodzące dostępne instalacji elektrycznej powinny być uziemione indywidualnie albo grupowo lub też zbiorowo 3) W większości przypadków pojedyncze zwarcie z ziemią nie wymaga wyłączenia. Zaleca się, aby zwarcie to było sygnalizowane optycznie i akustycznie oraz, aby było usuwane w możliwie najkrótszym czasie. Pozostałe cechy i wymagania dla układu IT są analogiczne jak dla układów TN i TT.
Rys. 1. Schematy układów sieci TN, TT, IT