Katedra Energetyki Rolniczej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Problemy Inżynierii Rolniczej nr 3/2008 BEZPIECZEŃSTWO UŻYTKOWANIA INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH W BUDYNKACH MIESZKALNYCH I INWENTARSKICH Streszczenie Przedstawiono wyniki badań stanu technicznego instalacji elektrycznych w 100 budynkach mieszkalnych i 60 budynkach inwentarskich zlokalizowanych na terenach wiejskich Polski południowej. Ocenie poddano bezpieczeństwo użytkowania tych instalacji, a szczególnie stan ochrony przeciwporażeniowej i przeciwprzepięciowej. Stwierdzono, że w jednej piątej budynków stan ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym ludzi oraz zwierząt jest wysoce niezadowalający i wymagają one pilnego remontu lub wymiany instalacji. W gospodarstwach wiejskich powszechnie brakuje ponadto ochrony przed przepięciami. Słowa kluczowe: instalacje elektryczne, ochrona przeciwporażeniowa, ochrona przeciwprzepięciowa Wstęp Instalacja elektryczna obejmuje współpracujące ze sobą urządzenia elektryczne niskiego napięcia, służące doprowadzeniu energii elektrycznej z sieci rozdzielczej do urządzeń odbiorczych. Instalacje elektryczne powinny być nie tylko funkcjonalne, trwałe i estetyczne, ale przede wszystkim nie mogą stwarzać zagrożenia dla ludzi i zwierząt. Aby warunki te były spełnione instalacje elektryczne muszą odpowiadać obowiązującym przepisom i normom [Dz. U. nr 75 z 2002 r., Dz. U. nr 153 z 2003 r., Dz. U. nr 207 z 2003 r., PN- IEC 60364, PN-IEC-61024]. Istnieje też obowiązek poddawania ich okresowym, ochronnym badaniom eksploatacyjnym, których wyniki są podstawą decyzji o dalszym użytkowaniu instalacji lub dokonaniu odpowiednich napraw, wymiany czy remontów generalnych. Dobry stan techniczny instalacji elektrycznych jest bowiem gwarancją bezawaryjnej i bezpiecznej pracy urządzeń elektrycznych. Wskaźnikiem bezpieczeństwa użytkowania instalacji elektrycznych jest m.in. liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym będących następstwem wad lub nieprawidłowej ich eksploatacji. W tabeli 1 przedstawiono wyniki statystyk śmiertelnych porażeń elektrycznych w polskich miastach i na wsiach po 1990 r. 89
Tabela 1. Śmiertelne wypadki porażeń elektrycznych ludzi w Polsce [Jabłoński 2007] Table 1. Mortal accidents of electric shock of the people in Poland [Jabłoński, 2007] Lata Liczba wypadków śmiertelnych na 1 milion mieszkańców w roku ogółem w miastach na wsiach 1990-1995 7,5 5,2 11,1 1996-1999 5,6 4,0 8,0 2000-2003 4,85 3,55 6,9 Liczba śmiertelnych wypadków porażenia prądem w Polsce ma tendencję zmniejszającą się. Jednak nadal liczba ta jest w naszym kraju trzy do czterokrotnie większa niż w krajach Europy Zachodniej [Boczkowski 2004]. Liczba takich wypadków poza statystycznym miejscem pracy stanowi w Polsce ok. 86% ogółu śmiertelnych porażeń. Wynika z tego, że niebezpieczeństwo śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym występuje przede wszystkim w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolnych. Badania stanu technicznego instalacji elektrycznych są przeprowadzane sporadycznie, stąd użytkownicy zwykle nie zdają sobie sprawy z istniejących zagrożeń, które zwłaszcza na terenach wiejskich są lokalnie duże. Celem pracy była ocena stanu technicznego instalacji elektrycznych w wiejskich gospodarstwach, a w szczególności stanu ochrony przeciwporażeniowej i przeciwprzepięciowej. Cel pracy zrealizowano przeprowadzając badania eksploatacyjne w 100 budynkach mieszkalnych oraz 60 budynkach inwentarskich zlokalizowanych na terenach wiejskich Polski południowej. W badanych budynkach inwentarskich prowadzono zazwyczaj produkcję mieszaną przy małej obsadzie zwierząt. Badania wykonywano w warunkach zbliżonych do warunków normalnej pracy podczas eksploatacji, a obejmowały one m.in. badania środków ochrony przed dotykiem bezpośrednim i przy dotyku pośrednim oraz badania urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej. Badania te miały na celu sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej i niezawodności ochrony przeciwprzepięciowej. Wyniki badań Przyłącza. Gospodarstwa wiejskie zasilane są zazwyczaj z napowietrznych sieci niskiego napięcia. Warunki przyłączenia instalacji odbiorczych do sieci elektroenergetycznych wpływają na niezawodność i bezpieczeństwo ich użytkowania. Instalację w budynku łączy się z siecią zasilającą za pomocą odcinka linii zwanego przyłączem, które ze względu na bezpieczeństwo powinno być wykonane przewodami izolowanymi. W obiektach poddanych badaniom przyłącza napowietrzne wykonane przewodami nieizolowanymi stanowią 30% wszystkich przyłączy. Do tego są one przeważnie w złym stanie technicznym, najczęściej wielokrotnie łączone. 90
Bezpieczeństwo użytkowania instalacji... Układ sieciowy. Ze względu na ochronę przeciwporażeniową, instalacja elektryczna powinna być wykonana w układzie zasilania sieci TN-S (względnie TN-C-S), a w uzasadnionych przypadkach również w układach TT lub IT. Norma wymaga też stosowania połączeń wyrównawczych głównych i miejscowych, mających na celu ograniczenie do wartości dopuszczalnych napięć występujących pomiędzy różnymi częściami przewodzącymi. Spośród badanych obiektów 15% ma instalację w systemie TNS (lub TN-C-S), zaś 26% w systemie TT. W pozostałych przewód neutralny pełni równocześnie funkcję przewodu ochronnego. W budynkach powszechnie brakuje połączeń wyrównawczych. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim. Statystyki wykazują, że najczęściej występują porażenia od napięć roboczych, stanowiąc 60% wszystkich porażeń prądem elektrycznym [Strojny 2004]. Ochrona przed porażeniami w przypadku dotknięcia części przewodzących urządzeń lub instalacji elektrycznych, które znajdują się pod napięciem w normalnych warunkach pracy nosi nazwę ochrony podstawowej. Ochrona ta polega na izolowaniu, osłanianiu lub umieszczaniu części czynnych obwodów w takich miejscach, aby człowiek nie mógł ich dotknąć. Stan ochrony przed dotykiem bezpośrednim oceniano na podstawie oględzin oraz pomiarów rezystancji izolacji. Sprawdzano izolacje części czynnych, w tym przewodów oraz stan przegród i obudowy (osłon) pod kątem zgodności wykonania z projektem i wymaganiami środowiskowymi. Wyniki oględzin przedstawiono tabeli 2. Tabela 2. Ocena stanu ochrony przy dotyku pośrednim na podstawie oględzin [Gaweł, Jasek-Gaweł 2007] Table 2. Evaluation of the protection state at indirect touch on the basis of inspection [Gaweł, Jasek-Gaweł, 2007] Ocena stanu ochrony podstawowej przez ankietera Procent budynków Bardzo dobra 32 Dobra 18 Zadowalająca 30 Niezadowalająca 20 Gwarancją ochrony przed dotykiem bezpośrednim jest dobry stan izolacji części czynnych. Z biegiem czasu materiały izolacyjne tracą swoje właściwości. Zmniejszenie się wartości rezystancji izolacji poniżej 0,5 MΩ należy uznać za niebezpieczne i wymienić instalację. Jak wykazały pomiary, wykonane miernikiem MIC-3 firmy Sonel, remont instalacji ze względu na zbyt małą oporność izolacji części czynnych jest konieczny w 15% budynków mieszkalnych i 60% budynków inwentarskich. Ochrona przy dotyku pośrednim, inaczej zwana ochroną dodatkową, polega na zabezpieczeniu przed porażeniem przy dotknięciu dostępnych części przewodzących, które znalazły się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izo- 91
lacji. W układach sieciowych TN, TT oraz IT najczęściej stosowanym środkiem ochrony dodatkowej jest samoczynne wyłączenie zasilania. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na utworzeniu pętli zwarciowych oraz wyłączenie zasilania w wymaganym przepisami czasie przez urządzenia ochronne, takie jak wyłączniki ochronne różnicowo-prądowe czy urządzenia ochronne przetężeniowe. W ramach badań skuteczności ochrony przy dotyku pośrednim przeprowadzono pomiary impedancji pętli zwarcia oraz sprawdzenie warunków samoczynnego zadziałania zabezpieczeń przetężeniowych w instalacjach budynków zasilanych z sieci TN, pomiary rezystancji uziomów w przypadku zasilania budynków z sieci TT oraz pomiary parametrów (czasu i prądu zadziałania) wyłączników różnicowo-prądowych. Wyniki badań zestawiono w tabeli 3. Pomiary wykazały, że w ponad połowie badanych budynków instalacja nie spełnia wymagań normatywnych w zakresie ochrony przy dotyku pośrednim, ponieważ długość obwodów sieci niskiego napięcia zasilających badane obiekty przekracza w przeważającej większości 500 m, a w 12% nawet 1 km i połowa z nich ma ponadto mały przekrój przewodów (<50 mm 2 ). Następstwem tego są duże impedancje pętli zwarciowych, uniemożliwiające zadziałanie stosowanych zabezpieczeń przetężeniowych, którymi są jeszcze w 22% tradycyjne bezpieczniki topikowe. Tylko niespełna jedna piąta budynków wyposażonych jest w wyłączniki różnicowo-prądowe. Tabela 3. Wyniki badań skuteczności ochrony przy dotyku pośrednim Table 3. Results of testing the efficiency of protection at indirect touch Rodzaj pomieszczenia Procent pomieszczeń o zapewnionej skutecznej ochronie dodatkowej Sieci TN Sieci TT Pokój 20 12 Kuchnia 32 16 Łazienka 24 18 Pomieszczenie inwentarskie 11 22 Ochrona przeciwprzepięciowa. Środki ochrony odgromowej dzieli się na zewnętrzne i wewnętrzne, a konieczność ich stosowania określają stosowne normy. Jeżeli z postanowień normy wynika potrzeba zastosowania ochrony zewnętrznej, budynek wyposaża się w instalację piorunochronną, na którą składają się uziomy, zwody, przewody odprowadzające i uziemiające. Z instalacją piorunochronną należy łączyć elementy metalowe, przewód ochronny, względnie ochronno-neutralny oraz główną szynę uziemiającą budynku. Ochrony odgromowej wymagają anteny telewizyjne umieszczone na dachu nawet wtedy, gdy w budynku nie przewidziano instalacji piorunochronnej. 92
Bezpieczeństwo użytkowania instalacji... Obecnie w domach pojawia się coraz więcej drogich i bardzo czułych na przepięcia urządzeń. Zagrożenia przepięciami od uderzeń pioruna (nawet w dużej odległości od budynku), czy też przepięciami spowodowanymi czynnościami łączeniowymi w sieciach zasilających, są szczególnie duże na terenach wiejskich. Jako zabezpieczenia przeciwprzepięciowe stosuje się ograniczniki przepięć. Spośród badanych obiektów 11% jest wyposażonych w instalację odgromową, a w ograniczniki przepięć zaledwie 1%. Przeprowadzone pomiary wykazały, że tylko w jednej piątej obiektów wyposażonych w instalację piorunochronną rezystancje uziomów odpowiadają obowiązującym przepisom. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych pomiarów uznano stan techniczny instalacji w jednej piątej badanych budynków jako wysoce niezadowalający, wymagający natychmiastowego remontu lub wymiany. W budynkach tych nie są spełnione wymagania normatywne odnośnie ochrony przeciwporażeniowej przed dotykiem bezpośrednim, tj. występują nieosłonięte przewodzące prąd części czynne i osłabiona izolacja robocza, stanowiąc bezpośrednie zagrożenie zdrowia i życia ludzi oraz zwierząt. Przeszło połowa instalacji nie spełnia wymagań w zakresie ochrony przeciwporażeniowej przy dotyku pośrednim, a w wyłącznik różnicowo-prądowy wyposażonych jest 17% gospodarstw. Jeszcze gorzej przedstawia się stan ochrony przed przepięciami. Instalacje odgromowe posiada kilkanaście procent budynków i są one w większości w niezadowalającym stanie. Stosowane w nich urządzenia piorunochronne zazwyczaj służą tylko do przejęcia wyładowania i odprowadzenia prądu piorunowego do ziemi. W środki chroniące urządzenia elektryczne przed przepięciami, w postaci ochronników przepięciowych, wyposażonych jest 1% budynków. W budynkach zarówno mieszkalnych, jak i inwentarskich nie przeprowadza się, wymaganych przepisami, okresowych badań środków ochrony przeciwporażeniowej i przeciwprzepięciowej. Bibliografia Boczkowski A. 2004. Modernizacja instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych. II Ogólnopolska Konferencja ETW 2004 Elektroenergetyka na terenach wiejskich. COSIW SEP Warszawa, 15-21 Gaweł M., Jasek-Gaweł M. 2007. Ocena stanu technicznego instalacji elektrycznych i warunków oświetleniowych w gospodarstwach wiejskich. Praca magisterska, Katedra Energetyki Rolniczej AR Kraków Jabłoński W. 2007. Wymagania stawiane instalacjom elektrycznym w gospodarstwach rolnych i ogrodniczych. Ogólnopolska Konferencja Elektro-Info PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych (norma wieloarkuszowa) 93
PN-IEC 61024 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych (norma wieloarkuszowa) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. nr 75 z 15 czerwca 2002 r., poz. 690 Strojny J. (red.) 2004. Vademecum elektryka. Biblioteka COSIW SEP Warszawa Ustawa z 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane. Tekst jednolity Dz. U. nr 207 z 2003 r., poz. 2016, zgodnie z obwieszczeniem Marszałka Sejmu RP z 21 listopada 2003 r. z późn. zm. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne. Dz. U. nr 153 z dnia 1 września 2003 r., poz. 1504 z późn. zm. 94