Bezpieczeństwo
Pracy
(przy urządzeniach
elektrycznych)
Bezpieczeństwo
Pracy
(przy urządzeniach
elektrycznych)
Literatura
1. J.Kozłowski, I.Wasiak “Ochrona
przeciwporażeniowa w sieciach elektro-
energetycznych niskiego napięcia” Rozdz. 1-5
2. H.Markiewicz “Instalacje elektryczne”
3. PN-91/E-05009 “Instalacje elektryczne w
obiektach budowlanych” ark.
03,41,43,47,54,56
4. PN-IEC 364-4 “Instalacje elektryczne w
obiektach budowlanych - Ochrona dla
zapewnienia bezpieczeństwa”
5. Warszawski Dom Wydawniczy „Pierwsza
pomoc”
Zakres materiału
•
Wpływ prądu elektrycznego na organizm człowieka
•
–
rodzaje sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia
–
•
Rażenie w sieciach elektroenergetycznych niskiego napi
ęcia
•
–
ochrona przed dotykiem bezpośrednim
–
jednoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośr
ednim
–
ochrona przed dotykiem posrednim
•
Samoczynne wyłączenie zasilania
•
–
przewody ochronne, uziemiające i wyrównawcze
–
–
•
Impedancja ciała człowieka
Z
Z
Z
Z
Z = 500
Zmiany impedancji ciała
człowieka
centyl
Skutki rażenia prądem
elektrycznym
•
Bezpośrednie
– układ mięśniowy
•
mięśnie klatki piersiowej:
zaciśnięcie
•
mięśnie dłoni: zaciśnięcie
•
mięsień sercowy: zatrzymanie pracy,
fibrylacja
– układ nerwowy: omdlenia, stany
lękowe, zaburzenia równowagi,
czucia
– skutki termiczne: oparzenia
skóry, mięśni, organów
wewnętrznych, pęknięcie kości,
torebek stawowych
• Pośrednie
– działanie łuku
elektrycznego
• cieplne
• świetlne
– urazy
mechaniczne
Wykorzystanie działania
prądu elektrycznego w
medycynie
• Ratownictwo - defibrylator
• Terapia - działanie rozgrzewające i
rozluźniające - „Terapuls”
• Diagnostyka - pomiar potencjałów:
– EKG
– EEG
Wartości graniczne prądów
dla prądu o częstotliwości
50/60Hz
• prąd graniczny (próg) percepcji -
0,5mA
• prąd graniczny (próg)
samouwolnienia - 10mA
• prąd graniczny (próg) fibrylacji:
– 0.1s - 500mA
– 1s - 50mA
– 3s - 30mA
Graniczne wartości prądów dla
prądu stałego
2
500
150
40
Działanie prądu stałego
• Generalnie bezpieczniejszy - wyższe
progi
• Progi: samouwolnienia i percepcji -
tylko przy zmianach wartości prądu
• Próg fibrylacji zależny od polaryzacji
stóp względem ręki
• Groźniejsze tylko skutki termiczne -
brak reakcji na przepływ prądu
Graniczne wartości prądów dla
prądu o częstotliwości powyżej
50/60HZ
50
I
F
/ I
50
Działanie prądu o wyższej
częstotliwości
• Generalnie bezpieczniejszy -
wyższe progi a zwłaszcza próg
fibrylacji - efekt naskórkowości
• Groźniejsze tylko skutki termiczne
(zwłaszcza dla skóry) - brak
reakcji na przepływ prądu
Uziemienia
Uziom
Przewód uziomowy
Główny przewód uziemiający
Zacisk
uziomowy
Przewód
uziemiający
Urządzenie uziemiane
Zacisk
uziemiający
Rodzaje uziemień
•
Uziemienie robocze: uziemienie określonego
punktu obwodu elektrycznego wykonane w celu
zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń
•
Uziemienie ochronne: uziemienie dostępnych dla
dotyku metalowych części urządzeń wykonane w
celu zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej
•
Uziemienie odgromowe: służy do odprowadzenia
do ziemi prądów wyładowań atmosferycznych
•
Uziemienie pomocnicze: najczęściej wykonywane
w aparatach pomiarowych i zabezpieczających
Rodzaje sieci
elektroenergetycznych niskiego
napięcia
• TN - sieć z uziemieniem roboczym i z
zerowaniem ochronnym
– TN-C - wspólny przewód ochronno-neutralny
– TN-S - rozdzielone przewody ochronny i neutralny
– TN-C-S - w części początkowej (od zasilania) sieć
TN-C, w dalszej sieć TN-S
• TT - sieć z uziemieniem roboczym i z
uziemieniami ochronnymi
• IT - sieć z izolowanym punktem gwiazdowym
transformatora i z uziemieniami ochronnymi
Sieć TN - S
L
1
L
2
L
3
N
PE
PE
PE
Sieć TN - C
PEN
PEN
PEN
1
L
2
L
3
Sieć TN - C - S
L
1
L
2
L
3
PEN
PEN
N
PE
PE
Sieć TT
L
1
L
2
L
3
N
PE
PE
Sieć IT
L
1
L
2
L
3
PE
Rozpływ prądu w ziemi
U
A
B
U
ZA
U
ZB
Rezystywność gruntu
Zależność:
od temperatury T [
o
C] od
wilgotności w[%]
0
T
w
Rażenie napięciem dotykowym i
krokowym
L
1
L
2
L
3
N
R
r
R
O
I
Z
I
Z
U
Z
I
Z
U
k
I
r
I
Z
U
Z
Z
F
R
r
R
O
U
F
U
d
I
r
Rażenie napięciem
dotykowym i krokowym -
prądy rażenia
U
d
R
C
R
p
R
p
I
r
U
r
R
p
R
p
R
C
U
k
I
r
• Rażenie napięciem krokowym:
– I
r
= U
k
/ (R
c
+ 2R
p
)
• Rażenie napięciem dotykowym:
– I
r
= U
d
/ (R
c
+ 0.5R
p
)
Rezystancja przejścia
• Obuwie
– na spodach
gumowych: 10
6
– na spodach
skórzanych:
10
6
– tekstylne: 10
5
– tekstylne
wilgotne: 10
• Podłoga
(sucha)
– PCV: 10
8
– marmur: 10
4
– drewno: 10
9
– asfalt: 10
10
– beton: 10
2
Wpływ odległości od
uziomu
L
1
L
2
L
3
N
R
r
R
O
I
Z
I
Z
U
d1
U
d2
U
d1
< U
d2
U
k1
U
k
2
U
k1
> U
k2
Rażenie prądem
elektrycznym
• Spowodowane napięciem roboczym (w
wyniku dotyku bezpośredniego) - w
wyniku bezpośredniego dotknięcia części
znajdujących się pod napięciem
• Spowodowane napięciem dotykowym (w
wyniku dotyku pośredniego) - w
następstwie zetknięcia się z częściami, na
których napięcie pojawiło się w wyniku
uszkodzenia izolacji roboczej (awarii)
Rażenie napięciem
międzyfazowym
I
r
= U
p
/
R
c
PE
L
1
L
2
L
3
N
R
r
R
O
I
r
I
r
Z
F
Z
F
R
C
U
P
Rażenie napięciem
fazowym w sieci TT lub
TN
I
r
= U
f
/ (R
c
+ 0.5R
p
)
PE
L
1
L
2
L
3
N
R
r
R
O
I
r
I
r
I
r
I
r
R
C
R
p
R
p
I
r
U
f
Z
F
R
r
Rażenie napięciem
fazowym w sieci IT
I
r
= U
f
/(R
c
+0.5R
p
+0.33R
i
)
L
1
L
2
L
3
R
r
I
r
PE
R
O
I
r
R
i
I
rL3
I
rL2
I
rL1
R
i
R
i
Rażenie napięciem
fazowym w stanie
doziemienia w sieci IT
I
r
= U
p
/ (R
c
+0.5R
p
)
L
1
L
2
L
3
R
r
I
r
PE
R
O
I
r
R
Z
= 0
I
r
I
r
Rażenie napięciem
dotykowym w sieci TT
PE
L
1
L
2
L
3
N
R
r
R
O
I
Z
U
f
Z
F
R
r
I
Z
I
Z
R
O
I
Z
I
Z
I
Z
I
r
= U
d
/ (R
c
+ 0.5R
p
)
U
d
= R
o
U
f
/ (Z
f
+R
o
+R
r
)
R
C
R
p
R
p
I
r
U
d
I
r
I
r
+
I
r
+
I
r
+
Rażenie napięciem
dotykowym w sieci TN
L1
L2
L3
PEN
R
r
U
f
Z
F
R
r
I
Z
Z
PEN
I
Z
I
Z
I
Z
I
r
= U
d
/ (R
c
+ 0.5R
p
)
U
d
= U
f
Z
PEN
/ (Z
f
+Z
PEN
)
I
r
I
r
I
r
R
C
R
p
R
p
I
r
U
d
I
r
+
I
Z
Warunki środowiskowe
• Warunki środowiskowe 1- nie istnieją
okoliczności wpływające na zmniejszenie
odporności organizmu człowieka na działanie
napięcia
• Warunki środowiskowe 2 - istnieją okoliczności
zmniejszające odporność człowieka, takie jak:
– właściwości środowiska lub rodzaj pracy powodujący
zwilżenie dłoni lub stóp
– wysoka temperatura powodująca potnienie naskórka
– skrępowanie swobody ruchów
– praca na stanowisku przewodzącym, jeżeli w zasięgu ręki
znajdują się przedmioty metalowe uziemione
– możliwość dotyku wielkopowierzchniowego
Napięcie bezpieczne
• dla prądu stałego:
– 120V w warunkach środowiskowych
1
– 60V w warunkach środowiskowych 2
• dla prądu przemiennego 50/60Hz:
– 50V w warunkach środowiskowych 1
– 25V w warunkach środowiskowych 2
Ochrona
przeciwporażeniowa w
warunkach pracy
normalnej (podstawowa)
• Zespół środków chroniących człowieka przed
zetknięciem się z częściami urządzeń lub
instalacji będących normalnie pod napięciem,
jak również przed przeniesieniem się napięcia
na inne przedmioty
• Podlegają jej wszystkie urządzenia elektryczne
• Musi być w nich zastosowany jeden ze
środków ochrony przed dotykiem
bezpośrednim
Ochrona przeciwporażeniowa
w warunkach pracy
zakłóceniowej (dodatkowa)
• Zespół środków chroniących przed skutkami
niebezpiecznego napięcia dotykowego, jakie może
pojawić się w wyniku awarii na częściach urządzeń
nie będących normalnie pod napięciem
• Podlegają jej wszystkie urządzenia elektryczne, za
wyjątkiem części przewodzących dostępnych, które
nie mogą być uchwycone dłonią, a ochrona jest
utrudniona (np. śrubki) oraz osprzętu linii
napowietrznych
• Musi być w nich zastosowany jeden ze środków
ochrony przed dotykiem pośrednim
Klasy ochronności
• Klasa 0 - urządzenia, w których ochrona
przeciwporażeniowa jest zapewniona jedynie
przez izolacje roboczą
• Klasa I - urządzenia, których obudowy
przeznaczone są do połączenia z przewodem
ochronnym
• Klasa II - urządzenia wykonane z
zastosowaniem izolacji ochronnej
• Klasa III - urządzenia przeznaczone do
zasilania napięciem bezpiecznym
III
Ochrona przed dotykiem
bezpośrednim (ochrona
podstawowa)
• Izolowanie części czynnych
• Ogrodzenia lub obudowy
• Bariery
• Umieszczenie poza zasięgiem ręki
• Urządzenia ochronne
różnicowoprądowe (uzupełnienie
ochrony podstawowej)
Izolowanie części
czynnych
• Części czynne powinny być w całości pokryte
izolacją, która może być usunięta jedynie
przez jej zniszczenie
• Izolacja winna spełniać wymagania
odpowiednich norm dotyczących tych
urządzeń elektrycznych, w których jest
zastosowana
• Pokrycie farbą, pokostem itp. na ogół nie są
uznawane
• Okresowa kontrola stanu izolacji
Ogrodzenia lub obudowy
• Przeznaczone do zapobiegania
jakiemukolwiek dotknięciu części czynnych
• Zapewnienie stopnia ochrony min. IP2X a
dla dostępnych górnych poziomych
powierzchni min. IP4X (za wyjątkiem
wymiany części - informacja)
• Odpowiednia wytrzymałość
• Usunięcie tylko przy użyciu klucza lub
innego narzędzia lub po wyłączeniu zasilania
Bariery
• Zabezpieczają przed przypadkowym
dotknięciem (lecz nie przed zamierzonym)
do części czynnych
• Powinny uniemożliwić niezamierzone
dotknięcie części czynnych
• Mogą być usuwane bez użycia klucza, lecz
winny być zabezpieczone przed
niezamierzonym usunięciem
• Tylko przy przeszkolonym personelu
Umieszczenie poza
zasięgiem ręki
• Zapobieganie niezamierzonemu dotknięciu
części czynnych
• Części o różnych potencjałach nie powinny
być jednocześnie dostępne (min. 2.5m
odległości)
• W miejscach, w których normalnie
wykonuje się prace z użyciem przedmiotów
przewodzących o dużej długości, odległości
powinny być odpowiednio zwiększone
• W budynkach tylko przy przeszkolonym
personelu
Urządzenia
różnicowoprądowe
• Urządzenia ochronne różnicowoprądowe o
prądzie wyzwalania nie przekraczającym
30mA uważa się za uzupełnienie ochrony
podstawowej
• Nie mogą być jedynymi środkami ochrony
podstawowej
• Obowiązkowe dla gniazd do 20A
chronionych przez samoczynne wyłączenia
zasilania a umieszczonych na zewnątrz
budynku lub służących do zasilania
urządzeń pracujących na zewnątrz
Równoczesna ochrona przed
dotykiem bezpośrednim i
pośrednim
• Bardzo niskie napięcie bezpieczne - SELV
(Safety Extra-Low Voltage) - obwody bez
uziemień
• Bardzo niskie napięcie ochronne - PELV
(Protection Extra-Low Voltage) - obwody z
uziemieniami
• Bardzo niskie napięcie funkcjonalne -
FELV (Functional Extra-Low Voltage)
SELV + PELV
1. Poziom napięcia - napięcie bezpieczne
2. Źródło zasilania:
- transformator bezpieczeństwa
- źródło elektrochemiczne
- niektóre urządzenia elektroniczne
- inne równoważne transformatorowi ochronnemu (np.
przetwornica dwumaszynowa)
3. Wtyczki i gniazda unikatowe bez styków ochronnych
4. Części czynne oddzielone od obwodów wyższego
napięcia w sposób nie gorszy niż w transformatorze
bezpieczeństwa
5. Przewody prowadzone oddzielnie, w osłonie
izolacyjnej, oddzielone uziemionymi osłonami lub
posiadające izolację na najwyższe występujące w
sąsiednich przewodach lub żyłach napięcie
SELV
6. Części czynne i części przewodzące
dostępne nie uziemione ani nie
połączone z przewodami ochronnymi
innych obwodów
7. Jeżeli napięcie przekracza 25V AC lub
60V DC to należy zapewnić ochronę
podstawową przez:
- ogrodzenia lub obudowy o stopniu ochrony
min. IP 2X
- izolację o wytrzymałości min. 500V
PELV
6. Jeżeli zachodzi przynajmniej jeden z warunków:
- w warunkach środowiskowych 1 napięcie przekracza
25V AC lub 60V DC
- w warunkach środowiskowych 2 napięcie przekracza
6V
AC lub 15V DC
- urządzenie nie znajduje się w strefie objętej wpływem
połączenia wyrównawczego
to należy zapewnić ochronę podstawową przez:
- ogrodzenia lub obudowy o stopniu ochrony min. IP 2X
- izolację o wytrzymałości min. 500V
FELV
1. Poziom napięcia - napięcie bezpieczne
2. Wtyczki i gniazda unikatowe
3. Ochrona podstawowa zapewniona przez:
- ogrodzenia lub obudowy
- izolację dla napięcia pierwotnego
4. Ochrona dodatkowa zapewniona przez
połączenie części przewodzących dostępnych
obwodu FELV z:
- przewodem ochronnym obwodu pierwotnego o ile
obwód pierwotny chroniony jest przez samoczynne
wyłączenie zasilania
- nieuziemionym przewodem połączenia
wyrównawczego obwodu pierwotnego, gdy ten
chroniony jest przez separację elektryczną
Ochrona przed dotykiem
pośrednim (ochrona
dodatkowa)
• Izolacja ochronna
• Izolowanie stanowiska
• Nieuziemione miejscowe
połączenia wyrównawcze
• Separacja elektryczna
• Samoczynne wyłączenie zasilania
Izolacja ochronna -
rysunek
Izolacja
wzmocniona
Izolacja
podwójna
Obudowa
izolacyjna
Izolacja ochronna
• Izolacja podwójna (robocza +
dodatkowa)
• Izolacja wzmocniona (równoważna
podwójnej)
• Obudowa izolacyjna
– odpowiednia wytrzymałość
– otwierana przy użyciu kluczy lub narzędzi
– nie powinny przez nią przechodzić części
przewodzące
Izolowanie stanowiska -
rysunek
N
L
1
L
2
L
3
I
r
<=U
F
/R
i
<=10mA
I
r
I
r
>=2m
bariera
Izolowanie stanowiska
• Rezystancja podłóg i ścian w każdym punkcie min:
– 50kdla U
n
<=500V
– 100kdla U
n
>500V
• Części przewodzące dostępne muszą być tak rozmieszczone
aby nie można było jednocześnie dotknąć dwóch części
przewodzących dostępnych lub jednej części przewodzącej
dostępnej i jednej części przewodzącej obcej, jeżeli części
te mogą znaleźć się pod różnymi potencjałami
– oddalenie od siebie na min. 2m
– umieszczenie barier
– izolowanie części przewodzących obcych
• Na stanowisku nie wolno umieszczać przewodu ochronnego
• Środki ochrony powinny być wyposażeniem stałym
• Należy zapobiec przenoszeniu potencjału z zewnątrz przez
części przewodzące obce
Nieuziemione miejscowe połączenia
wyrównawcze - rysunek
N
L
1
L
2
L
3
U
d
=0
I
Z
I
Z
I
r
U
k
=U
f
Nieuziemione miejscowe połączenia
wyrównawcze
• Przewody połączeń wyrównawczych powinny
łączyć ze sobą wszystkie części przewodzące
jednocześnie dostępne i części przewodzące
obce
• System połączeń wyrównawczych nie powinien
mieć połączenia elektrycznego z ziemią
• Należy przewidzieć środki ostrożności
zapobiegające narażeniu osób wchodzących na
stanowisko, szczególnie gdy przewodząca
podłoga połączona jest z systemem połączeń
wyrównawczych
Separacja elektryczna - jeden
odbiornik
Transformator
separacyjny
L
N
I
r
I
r
< U
f
/ R
i
<=
10mA
R
i
Separacja elektryczna
• Obwód zasilany ze źródła separacyjnego
(transformatora separacyjnego lub
równoważnego)
• Napięcie nie większe niż 500V
• Części czynne nie powinny być połączone z
innym obwodem ani z ziemią
• Przewody obwodu powinny być widoczne w
miejscach, w których mogą ulec uszkodzeniu
• Zaleca się oddzielne oprzewodowanie
obwodu
Separacja elektryczna - kilka
odbiorników
Transformator
separacyjny
L
N
I
Z
I
Z
I
Z
Separacja elektryczna - c.d.
• Jedno urządzenie:
– części przewodzące dostępne obwodu separacyjnego nie
powinny być przyłączone do przewodu ochronnego oraz do
części przewodzących dostępnych innych obwodów
• Więcej (do 5) urządzeń:
– części przewodzące dostępne obwodu separacyjnego
powinny być połączone ze sobą przez izolowane
nieuziemione przewody wyrównawcze, przewody tego
obwodu nie powinny być połączone z przewodami
ochronnymi innych obwodów
– wszystkie gniazda winny mieć styki ochronne przyłączone do
systemu połączeń wyrównawczych (a przewody żyłę)
– w przypadku podwójnego zwarcia dwóch części
przewodzących zasilanych przez przewody o różnej
biegunowości urządzenie ochronne powinno zapewnić
wyłączenie zasilania w czasie jak dla sieci TN
Samoczynne wyłączenie
zasilania
• Urządzenie ochronne powinno samoczynnie
wyłączyć zasilanie chronionego obwodu lub
urządzenia w taki sposób, aby w następstwie zwarcia
między częścią czynną z częścią przewodzącą
dostępną spodziewane napięcie dotykowe
przekraczające 50V AC lub 120V DC było wyłączone
tak szybko, żeby nie wystąpiły (przy dotyku)
niebezpieczne skutki patofizjologiczne dla człowieka
• W pewnych okolicznościach dopuszcza się czas
wyłączania nie dłuższy niż 5s niezależnie od wartości
napięcia dotykowego
• Dostępne części przewodzące powinny być
połączone z przewodem ochronnym
Samoczynne wyłączenie
zasilania w sieci TN - rysunek
I
Z
=U
F
/Z
S
>
=I
A
R
r
I
Z
I
Z
I
Z
I
Z
U
F
Z
F
Z
PEN
I
Z
R
r
U
d
L1
L2
L3
PE
N
Samoczynne wyłączenie
zasilania w sieci TN
• Wszystkie części przewodzące dostępne
powinny być przyłączone do uziemionego
punktu zasilania za pomocą przewodów
ochronnych uziemionych na każdym
transformatorze (prądnicy)
• W przypadku zwarcia między przewodem
fazowym (liniowym) i przewodem ochronnym
lub częścią przewodzącą dostępną urządzenie
wyłączające powinno zapewnić samoczynne
wyłączenie zasilania w określonym czasie:
Czas wyłączenia w sieci
TN
U
F
[V ]
t
m ax
[s]
<1 2 0
0 .8
1 20 – 23 0
0 .4
2 30 – 27 7
0 .4
2 77 – 40 0
0 .2
>4 0 0
0 .1
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TN - c.d.
•
Warunek jest spełniony, gdy Z
S
I
A
<= U
F
, gdzie
– Z
S
- impedancja pętli zwarcia obejmującej źródło
zasilania, przewód fazowy (liniowy) i przewód
ochronny
– I
A
- prąd powodujący zadziałanie urządzenia
zabezpieczającego w czasie zgodnym z tabelą
– U
F
- napięcie fazowe
•
W sieci TN mogą być stosowane następujące
urządzenia ochronne:
– urządzenia ochronne nadmiarowoprądowe
– urządzenia ochronne różnicowoprądowe (nie w
TN-C)
Charakterystyka czasowo-prądowa
bezpiecznika
10
1
10
2
10
3
10
4
I[A]
t[s
]
10
3
10
2
10
1
10
0
10
-1
10
-2
0.4
I
A
= 160A
125A
40A
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TN - czas wyłączenia do 5s
• Czas wyłączenia do 5s może być przyjęty w
obwodach rozdzielczych
• Czas do 5s dopuszcza się również w obwodach
zasilających urządzenia stacjonarne, jeżeli na
innych obwodach napięcie dotykowe utrzymujące
się na częściach przewodzących dostępnych do
chwili wyłączenia nie przekroczy 50V
• Warunek powyższy jest spełniony, jeżeli
impedancja przewodu ochronnego między
rozdzielnicą, a punktem przyłączenia przewodu
ochronnego do głównej szyny uziemiającej nie
przekracza 50Z
S
/U
F
[]
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TN - czas wyłączenia do 5s -
rysunek
L1
L2
L3
PE
N
U
f
Z
F
R
r
Z
PEN1
I
Z
R
C
U
d
R
r
50V
Z
U
U
50Z
)I
R
(Z
U
;
U
50Z
)
R
(Z
;
R
R
S
F
F
S
Z
d1
PEN2
d
F
S
d1
PEN2
d1
d2
I
Z
U
d
R
d1
R
d2
Główna szyna uziemiająca
Z
PEN2
R
d1
R
d2
GSzU
A
B
A -czas wył. do 5s
B - czas wył. 0,4s
Uziemienia dodatkowe
• W przypadku przebicia
– obniżenie napięcia dotykowego
– zwiększenie prądu zwarcia - skrócenie
czasu wyłączenia napięcia zasilania
• W przypadku przerwy w przewodzie
ochronnym
– obniżenie napięcia dotykowego
– umożliwienie przepływu prądu zwarcia -
możliwość wyłączenia napięcia zasilania
Uziemienia dodatkowe -
rysunek
Napięcie
dotykowe
dla:
W - otwarty
(brak uziem.
dod.)
W -
zamknięty
(jest uziem.
dod.)
U
F
Z
F
Z
PEN
I
Z
R
r
U
d
R
d
U
F
Z
F
Z
PEN
I
Z
R
r
U
d
R
r
I
Z
I
Z
R
d
W
L1
L2
L3
PEN
U
d
x
U
d
x
Uziemienia dodatkowe -
przerwa w PE
U
F
Z
F
I
Z
R
r
U
d
R
d
U
F
Z
F
R
r
U
d
Napięcie
dotykowe
dla:
W - otwarty
(brak uziem.
dod.)
W -
zamknięty
(jest uziem.
dod.)
R
r
I
Z
I
Z
R
d
W
L1
L2
L3
PEN
U
d
x
U
d
x
Zwarcie przewodu fazowego
(liniowego) z ziemią w sieci
TN
• Gdy może nastąpić bezpośrednie zwarcie
przewodu fazowego (liniowego) z ziemią
(linie napowietrzne) to aby napięcie
między przewodem ochronnym a ziemią
nie przekroczyło 50V musi być spełniony
warunek: R
B
/R
E
<=50/(U
F
-50), gdzie:
– R
B
- wypadkowa rezystancja wszystkich
połączonych równolegle uziomów
– R
E
- minimalna rezystancja przejścia w
miejscu zwarcia
Zwarcie przewodu fazowego
(liniowego) z ziemią w sieci TN -
rysunek
50
50
50
F
E
B
E
B
B
F
F
E
B
B
F
d
U
R
R
V
R
R
R
U
Z
R
R
R
U
U
R
B
I
Z
U
F
Z
F
R
E
I
Z
R
B
U
d
I
Z
R
E
L1
L2
L3
PEN
Sieć TN-S a TN-C
• Możliwość stosowania wyłączników
różnicowoprądowych w sieci TN-S
• W przypadku przepływu prądu I
N
w
przewodzie neutralnym w sieci TN-S
spadek napięcia na tym przewodzie
nie przenosi się na części chronione
- istotne przy dużym I
N
- również dla
prądów trzeciej harmonicznej
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TT - rysunek
U
d
= I
Z
R
o
I
Z
= U
f
/ Z
S
>=
I
A
PE
L
1
L
2
L
3
N
R
r
R
O
I
Z
U
f
Z
F
R
r
I
Z
I
Z
R
O
I
Z
U
d
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieci TT
• Wszystkie części przewodzące dostępne chronione przez to
samo urządzenie powinny być połączone ze sobą przewodami
ochronnymi i przyłączone do tego samego uziomu
• Punkt neutralny powinien być uziemiony w każdej stacji
transformatorowej
• Powinien być spełniony warunek:
– I
Z
>=I
A
lub U
d
<=50V, przy czym U
d
= I
Z
R
O
, skąd: R
O
I
A
<=50V
– I
A
jest znamionowym prądem wyzwalającym wyłącznika
różnicowoprądowego lub też prądem zapewniającym samoczynne
zadziałanie wyłącznika nadmiarowoprądowego w czasie nie
dłuższym niż 5s, R
O
- rezystancją uziemienia ochronnego
• Mogą być stosowane następujące urządzenia ochronne:
– urządzenia ochronne nadmiarowoprądowe - czas wyłączenia do 5s
– urządzenia ochronne różnicowoprądowe - czas wyłączenia do 1s
PE
L1
L2
L3
PEN
R
r
R
O
M2
M1
Zakaz uziemień ochronnych w
TN
R
r
=4,5 R
O
=1,2 Z
F
=Z
PEN
=0,5 bezp. typu
gG I
nb
=20A
2.
Z
F
R
r
I
Z2
U
F
R
O
U
dM2
U
dM1
I
Z2
I
Z2
I
Z2
I
Z2
2.
2. I
Z2
=220V/(4,5+1,2+0,5) 35,5A t
wył
=400s> t
max
=0,4s
U
dM1
= I
Z2
R
r
=160V>50V U
dM2
= I
Z2
R
O
=42,6V<50V
1.
Z
F
Z
PEN
I
Z1
U
F
I
Z1
I
Z1
I
Z1
I
Z1
1.
1. I
Z1
=220V/(0,5+0,5) 220A t
wył
=0,1s<t
max
=0,4s
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieciach IT - rysunek
L
1
L
2
L
3
R
r
I
Z
PE
R
O
I
Z
I
Z
I
Z
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieciach IT
•
Przewody i części czynne odizolowane od ziemi
•
Części przewodzące dostępne powinny być uziemione
z zachowaniem warunku: R
O
I
Z
<=50V, gdzie:
– R
O
- rezystancja uziemienia ochronnego
– I
Z
- prąd pojedynczego zwarcia
•
Mogą być stosowane następujące urządzenia
ochronne
:
– stała kontrola stanu izolacji
– urządzenia ochronne nadmiarowoprądowe
– urządzenia ochronne różnicowoprądowe
•
Po wystąpieniu podwójnego zwarcia urządzenie
zabezpieczające powinno zapewnić ochronę -
wyłączyć zasilanie z zachowaniem warunków:
Samoczynne wyłączenie zasilania w
sieciach IT - cd.
C z a s w ył ąc z en i a [ s]
N a p ię c i e z n a m i o n .
U
F
/U
P
[ V ]
z p rz e w o d e m N
b ez p rz ew o d u N
1 2 0 - 2 4 0
0 .8
5 .0
2 3 0 /4 0 0
0 .4
0 .8
4 0 0 /6 9 0
0 .2
0 .4
5 8 0 /1 0 0 0
0 .1
0 .2
Z
S
- impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód
fazowy (liniowy) i ochronny
Z
S
‘ - impedancja pętli zwarcia obejmującej przewód
neutralny i ochronny
I
A
- prąd powodujący zadziałanie urządzenia
zabezpieczającego w czasie nie dłuższym niż:
Z
S
<=U
P
/(2I
A
) dla sieci bez
przewodu N
Z
S
‘<=U
F
/(2I
A
) dla sieci z
przewodem N
Przewody ochronne
• Zapewnienie ciągłości przez
– zabezpieczenie przed uszkodzeniami
– nie umieszczanie aparatury łączeniowej,
zabezpieczeń, cewek urządzeń kontrolnych
• Jako przewody ochronne mogą być stosowane
– żyły w kablach wielożyłowych
– ułożone na stałe przewody gołe lub izolowane
– metalowe osłony (np. pancerze kabli)
– rury (za wyj. gazowych)
– części przewodzące obce (nie jako PEN)
• PEN - tylko w instalacjach stałych
Przewody ochronne - przekroje
• Przekrój przewodu ochronnego S
PE
w zależności od
przekroju przewodu fazowego (liniowego) S
F
nie powinien
być mniejszy niż:
– S
PE
>= S
F
dla S
F
<=16mm
2
– S
PE
>= 16mm
2
dla 35mm
2
>= S
F
>16mm
2
– S
PE
>= S
F
/2 dla S
F
>35mm
2
• Przekrój PEN w kablach koncentrycznych min. 4mm
2
,
wszystkie połączenia dublowane
• Przekrój przewodu, nie będącego żyłą kabla lub jego
powłoką nie powinien być mniejszy niż:
– dla PE:
• 2.5mm
2
dla przewodów zabezpieczonych przed mech.
uszkodzeniem
• 4.0mm
2
dla przewodów niezabezpieczonych
– dla PEN: 10mm
2
Cu lub 16mm
2
Al
Przewody uziemiające
• Przekroje tak, jak przewody ochronne z tym,
że:
• Przewody zakopane w ziemi powinny mieć
przekrój co najmniej:
– zabezpieczone przed korozją i uszkodzeniem
mechanicznym - bez dodatkowych wymagań
– zabezpieczone przed korozją a nie zabezpieczone
przed uszkodzeniem mechanicznym: 16mm
2
– nie zabezpieczone przed korozją: 25mm
2
Cu i
50mm
2
Fe
Połączenie wyrównawcze
główne:
• W każdym obiekcie budowlanym połączenie
wyrównawcze główne powinno łączyć ze sobą:
– główny przewód ochronny (obwodu rozdzielczego)
– główną szynę (zacisk) uziemiającą
– rury i inne urządzenia zasilające instalacje
wewnętrzne budynku
– metalowe elementy konstrukcyjne, CO i klimatyzacji
• Przekrój przewodu powinien być nie mniejszy
niż połowa największego przewodu
ochronnego w danej instalacji, lecz nie może
być mniejszy niż 6mm
2
i nie musi być większy
niż 25mm
2
Połączenie wyrównawcze miejscowe
(dodatkowe)
• Jeżeli w instalacji lub jej części nie mogą być
spełnione warunki samoczynnego wyłączenia
zasilania to powinny być wykonane połączenia
wyrównawcze miejscowe
• Powinny obejmować wszystkie części przewodzące
jednocześnie dostępne urządzeń stałych i części
przewodzące obce oraz (jeżeli to możliwe)
metalowe elementy konstrukcyjne
• Przewód połączenia powinien mieć przekrój nie
mniejszy niż połowa przekroju przewodu
ochronnego przyłączonego do tych części
przewodzących dostępnych
Budowa wyłącznika
różnicowoprądowego
I
L
PE
Wyzwalacz
różnicowoprąd
owy
Zamek wyłącznika
Uzwojenie różnicowe Ferrantiego
Rdzeń
przekładni
ka
Ferrantieg
o
Urządzenie chronione
L
N
Przycisk
kontroln
y
I
N
I
I
k
k(
L
-
N
)=K (I
L
- I
N
)
Wyłączniki
różnicowoprądowe
• Budowa:
– wyłączniki o działaniu bezpośrednim
wyzwalane prądem różnicowym
– wyłączniki o działaniu pośrednim z
wzmacniaczem elektromagnetycznym - nie
działają w przypadku przerwy w przewodzie
neutralnym
• Ochrona
– przed dotykiem pośrednim - nie w sieci TN-C
– przed dotykiem bezpośrednim (prąd
wyzwalania max. 30mA)
– przeciwpożarowa
Zasada działania wyłącznika
różnicowoprądowego - ochrona
dodatkowa
L1
L2
L3
N
R
r
I
L1
I
L2
PI
PE
I
N
I
L3
I
Z
I
Z
I = I
Z
> 0
I
Z
+
Zasada działania wyłącznika
różnicowoprądowego - ochrona
podstawowa
L1
L2
L3
N
R
r
I
L1
I
L2
PI
PE
I
N
I
L3
I = I
r
> 0
I
r
I
r
I
r
+
Parametry wyłączników
różnicowoprądowych
• Znamionowy prąd różnicowy
– 10mA: ochrona pojedynczych urządzeń
– 30mA: ochrona gospodarstw domowych
– 100mA, 300mA: zbiorcze w budynkach, w
przemyśle do ochrony urządzeń, w
gospodarstwach domowych o ile 30mA jest za
mały
• Prąd znamionowy
• Czas zadziałania - opóźnienie dla
zabezpieczeń głównych
Charakterystyki wyłączników
różnicowoprądowych
40ms
t
0,5I
n
I
n
5I
n
I
30mA300mA
I
t
2
1
PI
PI
PI
PI
PI
1
2
Selektywność
wyłączników
różnicowoprądowych
wyłącznik
wyłączniki
główny
obwodowe
Ograniczenia w stosowaniu
wyłączników różnicowoprądowych
- sieć TN-C
L1
L2
L3
PEN
R
r
I
N
I
L1
I
L2
I
L3
PI
I
Z
I = I
L1
+I
L2
+I
L3
+I
Z
-I
N
-I
Z
= 0
I
Z
I
Z
+
I
Z
+
Ograniczenia w stosowaniu
wyłączników różnicowoprądowych
- uziemienie N
I
L1
+I
L2
+I
L3
+I
N
= 0
L
1
L
2
L
3
N
PE
PI
I
N
I
N1
I
N1
I
N2
I = I
L1
+I
L2
+I
L3
+I
N2
= I
N1
> 0
Wyłączniki
nadmiarowoprądowe
• Zabezpieczenie
przeciwprzeciążeniowe
• Zabezpieczenie przeciwzwarciowe
• Zabezpieczenie
przeciwporażeniowe
Charakterystyki
czasowoprądowe
Zabezpieczenie
przeciwporażeniowe
•
W układach samoczynnego wyłączania zasilania ma
za zadanie wyłączyć napięcie zasilania pod
wpływem prądu wywołanego pojawieniem się na
częściach przewodzących dostępnych
niebezpiecznego napięcia dotykowego
•
Musi zachodzić warunek: I
Z
=U
F
/Z
S
>=I
A
, gdzie:
– I
Z
- prąd wywołany pojawieniem się na częściach
przewodzących dostępnych niebezpiecznego napięcia
dotykowego
– Z
S
- rezystancja pętli zwarcia
– I
A
- prąd, powodujący zadziałanie urządzenia
zabezpieczającego w odpowiednim czasie (nie większym,
niż wynikający z przepisów) - czas zadziałania odczytujemy
z charakterystyki czasowoprądowej zabezpieczenia dla
prądu I
Z
Zabezpieczenie przed prądem
przeciążeniowym
•
I
N
<=I
NB
<=I
dd
•
I
2
<=1,45 I
dd
– I
N
- prąd znamionowy w obwodzie elektrycznym
zabezpieczanym
– I
NB
- prąd znamionowy urządzenia
zabezpieczającego
– I
dd
- długotrwały dopuszczalny prąd przewodu
– I
2
- prąd zadziałania urządzenia
zabezpieczającego (najczęściej określany z
charakterystyki czasowoprądowej jako prąd, pod
wpływem którego urządzenie na pewno zadziała
w ciągu 1 godziny)
Zabezpieczenie przed
prądem zwarciowym
• I
wył
>=I
Z
• t
wył
<= t
max
= (k S/I
Z
)
2
– I
wył
- maksymalny prąd, jaki może wyłączyć
zabezpieczenie
– I
Z
- maksymalny prąd zwarciowy, jaki może
wystąpić w obwodzie chronionym
– t
wył
- czas zadziałania zabezpieczenia przy
prądzie I
Z
– k - stała zależna od materiału, z jakiego
zrobiony jest przewód chroniony i od rodzaju
jego izolacji (od 74 do 115)
– S - przekrój chronionego przewodu w mm
2
Selektywność
zabezpieczeń
nadprądowych
t
I
I
Z
2
1
1
2
wyłącznik
wyłączniki
główny
obwodowe
Pierwsza pomoc przy porażeniu
prądem elektrycznym
• Ogólna ocena sytuacji:
– nie zostać samemu porażonym
• Porażenie napięciem średnim lub wysokim
– nie zbliżać się
– wezwać pomoc
– zabezpieczyć miejsce zdarzenia
• Porażenie napięciem niskim
– odłączyć porażonego do prądu poprzez
• wyłączenie wyłącznikiem, bezpiecznikiem, wtyczką
• wyrwanie przewodów
• odciągnięcie porażonego za pomocą nieprzewodzącego
narzędzia (szczotka) lub za luźne poły ubrania
Porażenie niskim napięciem
• Ocena stanu porażonego
– przytomny
• wezwać pomoc
• opatrzyć obrażenia
• Oparzenia
– schłodzić oparzone miejsce (polewanie zimną
wodą, podanie płynów)
– założyć suchy jałowy opatrunek
– wezwać pomoc lub zawieźć do szpitala
– obserwować, czy nie ma objawów wstrząsu
• skóra zimna, blada, lepka
• przyspieszenie czynności serca, tętno nieregularne
• oddech płytki, osłabienie, zaburzenia równowagi
Poszkodowany nieprzytomny
• Sprawdzamy oddech - 5s
– obserwacja klatki piersiowej
– przystawienie twarzy do ust poszkodowanego
• Oddech jest to
– ułożyć w pozycji bezpiecznej bocznej
– wezwać pomoc
Brak oddechu
• Sprawdzamy akcję serca na tętnicach
szyjnych (po obu stronach „jabłka Adama” w
ułożeniu na wznak z odchyloną głową)
• Tętno jest, to rozpoczynamy sztuczne
oddychanie:
- ułożenie na
wznak na
twardym
podłożu z głową
odchyloną do
tyłu
Sztuczne oddychanie
– sprawdzenie drożności dróg oddechowych - wyjąć
język
– zaciśnięcie nosa poszkodowanego palcami jednej ręki
– objęcie ustami ust poszkodowanego
– powolne wdmuchiwanie powietrza z obserwacją
unoszenia klatki piersiowej - do 2s - z częstotliwością
ok. 10/min
– wydech samoistny
– po pierwszych 10 oddechach wzywamy pomoc
– kontynuujemy do skutku, co jakiś czas przerywając,
celem sprawdzenia, czy poszkodowany nie zaczął sam
oddychać
Sztuczne oddychanie -
rysunek
Sztuczne oddychanie u dzieci
• Obejmujemy ustami nos i usta
dziecka
• Częstotliwość oddechów 20/min
• Zmniejszamy ilość
wdmuchiwanego powietrza
Brak tętna
• Wezwanie pomocy (jeżeli możliwe)
• Rozpoczęcie masażu serca i sztucznego
oddychania:
– jeżeli jeden ratownik to 15 ucisków klatki
piersiowej i 2 oddechy
– jeżeli dwóch ratowników to stosunek liczby
ucisków do oddechów: 5:1
• Co jakiś czas sprawdzamy, czy
poszkodowany nie podjął czynności we
własnym zakresie
• Kontynuujemy do skutku
Brak tętna - masaż serca
• Masaż serca
– w pozycji na wznak
odnaleźć wyrostek
mieczykowy
– palce wskazujący i
środkowy lewej ręki
ustawiamy w okolicy
wyrostka
mieczykowego
– prawą dłoń opieramy
powyżej palców lewej
Masaż serca
– lewą dłoń kładziemy na prawej i
splatamy palce, w czasie uciskania
klatki piersiowej odrywamy od niej
palce, tak, że styka się z nią tylko
nasada prawej dłoni
Masaż serca - c.d.
– ręce muszą być wyprostowane,
pochylamy się nad poszkodowanym i
całym ciężarem naciskamy
– mostek powinien ugiąć się o ok. 4-
5cm
– wykonujemy z częstotliwością 80/min
Masaż serca u dzieci
• Tętno sprawdzamy dwoma palcami przez min. 5s na tętnicy
ramiennej, w połowie odległości między barkiem a dołem
łokciowym na przyśrodkowej powierzchni ramienia
• U niemowląt masaż serca wykonuje się dwoma palcami
przyłożonymi do mostka tuż poniżej linii łączącej brodawki
sutkowe, zakres ucisku - 2cm
• U młodszych dzieci masaż serca 1 ręką, zakres ucisku 3-
4cm, punkt przyłożenia jak u dorosłych
• Częstotliwość masażu 100/min - 5 ucisków na jeden oddech