Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy

Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki

Instytut Techniki

Omów rodzaje i sposoby realizacji ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym.

Ochroną przeciwporażeniową nazywa się cykl działań oraz instalacji mających na celu zwiększenie bezpieczeństwa człowieka podczas pracy z urządzeniami zasilanymi elektrycznie. Szereg działań w niej zawartych dzielimy na dwie główne grupy, tj.:

• środki nietechniczne

• środki techniczne

Wśród środków nietechnicznych można wyróżnić:

• szkolenie wstępne oraz okresowe pracowników obsługujących urządzenia elektryczne

• wymóg posiadania wymagań kwalifikacyjnych przez pracowników obsługujących urządzenia elektryczne

• właściwa organizacja pracy osób obsługujących urządzenia elektryczne

• egzekwowanie przestrzegania zasad bezpieczeństwa

• popularyzacja zasad bezpiecznego użytkowania urządzeń elektrycznych

• badania okresowe pracowników obsługujących urządzenia elektryczne

• szkolenie z udzielania pierwszej pomocy w przypadkach porażeń elektrycznych

Środki techniczne dzielimy na:

• ochronę przed dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa)

• ochronę przy dotyku pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu)

• ochronę przed dotykiem pośrednim i bezpośrednim - poprzez zasilanie urządzeń napięciem bezpiecznym

• używanie sprzętu ochronnego (w tym środków ochrony indywidualnej) – w sytuacjach, w których powyższe środki ochrony nie mogą być użyte (np. podczas napraw urządzeń elektrycznych)

Ochrona przeciwporażeniowa podstawowa – zespół środków technicznych chroniących przed zetknięciem się człowieka lub zwierzęcia z częściami czynnymi w warunkach braku uszkodzenia.

Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu – zespół środków technicznych chroniących przed porażeniem prądem elektrycznym przy pojedynczym uszkodzeniu , głównie z uwagi na uszkodzenie izolacji podstawowej.

Ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca - zespół środków technicznych uzupełniających ochronę podstawową i/lub ochronę przy uszkodzeniu.
Porażenie prądem elektrycznym (porażenie elektryczne) – skutki patofizjologiczne wywołane przepływem prądu elektrycznego przez ciało człowieka lub zwierzęcia.

Prąd dotykowy (prąd rażeniowy) – prąd elektryczny, który przepływa przez ciało człowieka lub 4 zwierzęcia, gdy ciało styka się co najmniej z jedną częścią przewodzącą dostępną elektrycznego urządzenia lub instalacji.

Ochrona podstawowa (ochrona przed dotykiem bezpośrednim) - zapewnia ochronę urządzeń, instalacji i wyposażenia w warunkach normalnych (braku uszkodzenia), uniemożliwiając kontakt z czynnymi częściami elektrycznymi.

      Wyróżnia się następujące środki ochrony podstawowej:
      1) Izolowanie części czynnych - stała izolacja podstawowa, zapobiegająca dotykowi niebezpiecznych części czynnych, powinna być wykonana w taki sposób, aby jej usunięcie było możliwe tylko przez zniszczenie.
      Izolacja podstawowa powinna być odporna na wilgoć, ciepło, drgania, zapylenie, na jakie może być narażona w warunkach eksploatacji.  Izolacja podstawowa wykonana z takich materiałów jak: farby, lakiery, emalie, materiały włókniste, nie są uznawane za izolację podstawową, odpowiednią do ochrony przed porażeniem elektrycznym.

      2) Przegrody lub obudowy
      Przegrody lub obudowy powinny zapobiegać dostępowi do części czynnych, zastosowane w celu zapewnienia ochrony podstawowej. Przegrody lub obudowy powinny zapewnić dla znajdujących się wewnątrz części czynnych stopień ochrony co najmniej IPXXB lub IP2X, chroniące przed dotknięciem palcem do części czynnych. Poziome górne powierzchnie przegród lub obudów, które są łatwo dostępne, powinny mieć zapewniony stopień ochrony co najmniej IPXXD lub IP4X. Przegrody i obudowy powinny być trwale zamocowane, a usuniecie ich powinno być możliwe jedynie przy użyciu narzędzi lub po wyłączeniu napięcia z części czynnych znajdujących się wewnątrz nich.

     3) Przeszkody, bariery 
      Przeszkody mają za zadanie uniemożliwienie przypadkowemu dotknięciu części czynnych, natomiast nie chronią przed zamierzonym dotykiem spowodowanym rozmyślnym działaniem. Powinny uniemożliwić niezamierzone zbliżenie ciała i niezamierzone dotkniecie części czynnych w trakcie normalnej obsługi urządzeń czynnych. Mogą być usuwane bez użycia klucza lub narzędzia, jednak muszą być zabezpieczone przed niezamierzonym usunięciem. Zwykle stosowane są w pomieszczeniach ruchu elektrycznego.

      4) Umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki (ochrona przez uniedostępnienie)
      Jeżeli nie mają zastosowania środki ochrony podstawowej: izolacja podstawowa, przegrody lub obudowy, przeszkody, bariery, to umieszczenie części czynnej poza zasięgiem ręki powinno zapobiegać:
      - niezamierzonemu jednoczesnemu dotknięciu części czynnych, między którymi może
        wystąpić niebezpieczne napięcie,
      - przed przypadkowym dotknięciem ze stanowisk pracy, a nie przed rozmyślnym działaniem. 
      - niezamierzonemu wstąpieniu do strefy niebezpiecznej, w przypadku instalacji i urządzeń
        wysokiego napięcia.

      W przypadku instalacji niskiego napięcia części, które są od siebie oddalone więcej niż 2,5 m, uważa się, iż nie są one równocześnie dostępne. Jeżeli dostęp mają wyłącznie osoby wykwalifikowane lub poinstruowane, to mogą być określone mniejsze odstępy.

      Jeżeli podczas wykonywania prac przy użyciu długich przewodzących przedmiotów trzymanych w ręku (narzędzie, drabina), odległość ta może być zmniejszona, to granice zasięgu ręki należy zwiększyć o długość tych przedmiotów.

Rys. 2 Strefa w zasięgu ręki
Oznaczenia: a) widok stanowiska z boku, b) widok stanowiska z góry, S - powierzchnia robocza

Ochrona przy uszkodzeniu, przed dotykiem pośrednim przede wszystkim jest realizowana przez samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku uszkodzenia. Służą do tego zabezpieczenia nadprądowe (wyłączniki typu S) oraz wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, które stanowią także ochronę uzupełniającą. Samoczynne wyłączenie zasilania stanowi środek ochrony przy uszkodzeniu wraz z ochronnymi połączeniami wyrównawczymi. Wszystkie części przewodzące dostępne powinny być połączone z przewodem ochronnym – sposób połączenia zależny jest od rodzaju sieci. Samoczynne wyłączenie zasilania powinno nastąpić w określonym czasie zależnym od napięcia oraz warunków środowiskowych. W układzie sieci IT stosuje się również jako środek ochrony przed porażeniem, urządzenia stałej kontroli stanu izolacji i urządzenia lokalizacji uszkodzenia izolacji.

Innym powszechnie stosowanym środkiem ochrony przy uszkodzeniu jest izolacja podwójna lub wzmocniona. Urządzenia powinny być wykonane w II klasie izolacji lub powinny mieć zapewnioną izolację wzmocnioną, co zapewnia stopień ochrony równoważny urządzeniom wykonanym w II klasie izolacji.

Jako ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu, jest stosowana także separacja elektryczna. Powszechnie stosuje się separację elektryczną do zasilania jednego odbiornika. Separację elektryczną więcej niż jednego odbiornika stosuje się tylko przy instalacjach będących pod nadzorem osób wykwalifikowanych lub poinstruowanych. Separacja elektryczna polega przede wszystkim na separacji galwanicznej obwodu zasilającego odbiornik od innych obwodów, w których występuje napięcie stanowiące zagrożenie oraz na odseparowaniu części czynnych i przewodzących od ziemi. Możliwe jest ograniczenie wartości napięcia zasilającego obwód separowany. Obwody separowane mogą być zasilane z transformatorów separacyjnych lub z przetwornic separacyjnych, a napięcie obwodu separowanego nie powinno przekraczać wartości 500V.

W szczególnych przypadkach, gdy instalacje znajdują się pod nadzorem osób wykwalifikowanych lub poinstruowanych, stosuje się jako środki ochrony przeciwporażeniowej nieuziemione połączenia wyrównawcze, izolowanie stanowiska oraz separację elektryczną więcej niż jednego odbiornika. Służą one zapobieganiu jednoczesnego dotknięcia części, które mogą znajdować się pod różnym potencjałem oraz zapobieganiu pojawienia się niebezpiecznych napięć dotykowych.

Ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca

      W warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniem, jeżeli zastosowane środki ochrony przeciwporażeniowej nie mogą być skuteczne, powinny być zastosowane odpowiednio dobrane, środki ochrony uzupełniającej ochronę podstawową i/lub ochronę przy uszkodzeniu.

      1) Ochrona uzupełniająca ochronę podstawową (ochrona uzupełniająca przed dotykiem bezpośrednim) polega na zainstalowaniu w obwodzie chronionym wyłącznika różnicowoprądowego wysokoczułego o prądzie wyzwalającym I_Δn nie większym od 30mA.

      Według normy PN-HD60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia -- Cześć 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa -- Ochrona przed porażeniem elektrycznym - w wyłączniki różnicowoprądowe wysokoczule, dla celów ochrony przeciwporażeniowej uzupełniającej, powinny być wyposażone:
      a) wszelkie obwody gniazd wtyczkowych o prądzie znamionowym nie przekraczającym 20 A, przeznaczone do użytkowania przez osoby niewykwalifikowane (osoby postronne),
      b) wszelkie obwody odbiorcze do zasilania na wolnym powietrzu urządzeń przenośnych 
          o prądzie znamionowym nie przekraczającym 32 A,
      c) instalacje użytkowane w warunkach szczególnego zagrożenia, których dotyczą arkusze 700 normy 60364.

      2) Ochrona uzupełniająca ochronę przy uszkodzeniu (ochrona uzupełniająca przy dotyku pośrednim), polega na wykonaniu ochronnych połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych). Ich rola polega na ograniczeniu długotrwale utrzymującego się napięcia dotykowego do poziomu dopuszczalnego.

Urządzenia elektryczne, z punktu widzenia ochrony przeciwporażeniowej, dzieli się na cztery klasy ochronności: 0, I, II i III. 

Klasy ochronności urządzeń elektrycznych 
1 - izolacja podstawowa, 2 - części czynne urządzenia, 3 - izolacja dodatkowa, 
4 - przewód ochronny, 5 - przewody zasilające 


Klasa 0 - urządzenia, w których zastosowano tylko izolację podstawową, nie mające zacisku uziemienia ochronnego i łączone z siecią zasilającą przewodem dwużyłowym bez żyły ochronnej, zakończonym wtykiem bez styku ochronnego (jeżeli jest to przewód ruchomy). Oznacza to, iż taki wyrób wyposażono tylko w ochronę przed dotykiem bezpośrednim, natomiast ochrona przed dotykiem pośrednim nie jest konstrukcyjnie przewidziana.

 
Klasa I - urządzenia, w których zastosowano izolację podstawową i wyposażono je w zaciski ochronne do łączenia części przewodzących dostępnych z przewodem ochronnym układu sieciowego, czyli przewidziane do objęcia ochroną przed dotykiem pośrednim. Zacisk ochronny powinien być oznaczony symbolem uziemienia ochronnego, który jest często utożsamiany z oznaczeniem I klasy ochronności. 

Klasa II - urządzenia, w których zastosowano izolację podstawową oraz izolację dodatkową - wszystkie części przewodzące dostępne są, niezależnie od izolacji roboczej, oddzielone od części czynnych izolacją podwójną lub wzmocnioną, której konstrukcja uniemożliwia powstanie uszkodzenia grożącego porażeniem w warunkach normalnego użytkowania podczas założonego czasu trwałości wyrobu. Urządzenia te nie potrzebują doprowadzenia przewodu ochronnego, nie mają więc zacisku ochronnego i są łączone z siecią zasilającą dwużyłowym przewodem (jednakże niektóre z nich mogą być wyposażone w wewnętrzny zacisk ochronny, którego obecność wynika z innych wymagań). Ruchomy przewód powinien być zakończony wtyczką ze „ślepym” wgłębieniem na styk ochronny gniazda wtykowego lub płaskim wtykiem z kołkami stykowymi pokrytymi do połowy długości powłoką izolacyjną ze względu na bezpieczeństwo dotykowe. 
Symbol graficzny II klasy ochronności pokazuje poniższy rysunek. Symbol przedstawiony na rys. d) należy umieszczać na zewnątrz i wewnątrz obudowy urządzenia elektrycznego, gdy spełnia ona warunki II klasy ochronności lub izolacji równoważnej. 

Klasa III - urządzenia, które mogą być zasilane jedynie bardzo niskim napięciem bezpiecznym SELV (Safety Extra-Low Voltage) lub bardzo niskim napięciem ochronnym PELV (Protection Extra-Low Voltage), a więc o wartości nie większej niż 50 V prądu przemiennego i 120 V prądu stałego (napięcia zakresu I - tabela poniżej). 
Symbol graficzny III klasy ochronności pokazuje rys. f) poniżej. 

 Symbole graficzne uziemienia i klas ochronności: 
a - uziemienie (symbol ogólny), 
b - uziemienie ochronne, 
c - uziemienie ochronne, symbol spotykany, 
d - symbol na urządzeniu - urządzenie spełniające warunki ii klasy ochronności lub izolacji równoważnej, 
e - oznaczenie ii klasy ochronności, 
f - oznaczenie iii klasy ochronności 


Cechy charakterystyczne wykonania urządzeń w poszczególnych klasach ochronności i zakres ich zastosowania: 

Napięcia znamionowe prądu przemiennego do 1000 V i prądu stałego do 1500 V (zaliczane do tzw. niskiego napięcia) podzielono na następujące zakresy: