OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA
URZĄDZEŃ I INSTALACJI
ELEKTRYCZNYCH
NISKIEGO NAPIĘCIA
Politechnika Wrocławska
Instytut Energoelektryki
Wrocław 2011
Na podstawie prezentacji przygotowanej przez dra in
ż
. Janusza Koniecznego
2
STATYSTYKA
WYPADKÓW PORAŻEŃ
PRĄDEM ELEKTRYCZNYM
W POLSCE
3
Tabela. Ogólna klasyfikacja przyczyn wypadków elektrycznych
PRZYCZYNY WYPADKÓW ELEKTRYCZNYCH
TECHNICZNE
ORGANIZACYJNE
LUDZKIE
Spowodowane np.:
- wadami konstrukcyjnymi
urz
ą
dze
- wadami monta owymi
urz
ą
dze
- uszkodzeniami izolacji
Spowodowane np.:
-brakiem polecenia na
prac
ę
-brakiem odpowiedniego
instrukta u
-brakiem nadzoru
Spowodowane np.:
- nie stosowaniem sprz
ę
tu
ochronnego
- nie przestrzeganiem
instrukcji bezpiecznej
pracy
- brakiem uwagi
- nadmiernym po piechem
4
5
6
7
8
9
10
69
74
80
85
90
95
00
Rok
W
wypadek
mln rok
03
Rys. Wska
ź
nik liczby wypadków w Polsce w latach 1969 - 2003
5
Lata
Ogółem
Płe
ć
Zamieszkanie
M
ęż
czy
ź
ni
Kobiety
Miasto
Wie
ś
1970-1975
100
86
14
41
59
1980-1985
100
88,2
11,8
37,6
62,4
1990-1995
100
88,6
11,4
43,3
56,7
1996-1999
100
90,2
9,8
44,5
55,5
2000-2003
100
90,2
9,8
45,7
54,3
1970-2003
100
88,6
11,4
42,4
57,6
Tabela. Procentowy rozkład
ś
miertelnych wypadków pora
ż
e
ń
pr
ą
dem elektrycznym w Polsce
6
Rys.
Ś
miertelne wypadki pora
ż
e
ń
pr
ą
dem elektrycznym w Polsce ogółem (1980-2003)
7
0
2
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
w
y
p
a
d
.
m
ln
r
o
k
w
s
k
a
ź
n
ik
p
o
ra
ż
e
ń
ś
m
ie
rt
e
ln
y
c
h
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
81 82 83 84 85
89
88
87
86
Polska
Niemcy
03
02
01
00
Rys. Wska
ź
nik
ś
miertelnych wypadków pora
ż
e
ń
pr
ą
dem elektrycznym
dla Polski i Niemiec w latach 1981-2003
8
1.
Ś
miertelno
ść
w wypadkach pora
ż
e
ń
pr
ą
dem elektrycznym w Polsce w kolejnych
latach maleje, cho
ć
jest jeszcze ponad dwukrotnie wi
ę
ksza od wska
ź
nika, jaki
osi
ą
gn
ę
ły wysoko rozwini
ę
te kraje europejskie w latach 80-tych.
2. Na ogóln
ą
popraw
ę
bezpiecze
ń
stwa elektrycznego w Polsce wpłyn
ę
ło głównie
zmniejszenie ilo
ś
ci wypadków na wsi. Nadal jest ona jednak dwukrotnie wi
ę
ksza
ni
ż
w miastach.
3. Główne przyczyny poprawy bezpiecze
ń
stwa elektrycznego:
• podniesienie kultury technicznej ludno
ś
ci,
• lepsza znajomo
ść
zagro
ż
e
ń
wynikaj
ą
cych z niewła
ś
ciwego u
ż
ytkowania
urz
ą
dze
ń
elektrycznych,
• poprawa jako
ś
ci produkowanych urz
ą
dze
ń
elektrycznych,
• wymagania stawiane przez nowe normy i przepisy nowobudowanym i
modernizowanym instalacjom elektrycznym,
• upowszechnienie wysokoczułych wył
ą
czników ró
ż
nicowopr
ą
dowych.
4. Trudno jest w pełni oceni
ć
podejmowane w Polsce działania zmierzaj
ą
ce do
ograniczenia
liczby
wypadków,
poniewa
ż
informacje
o
wypadkach
ś
miertelnych pora
ż
e
ń
pr
ą
dem elektrycznym nie s
ą
zbierane i analizowane.
9
Wypadki pora
ż
e
ń
elektrycznych w polskiej energetyce zawodowej
18,7
39,2
80,3
0
20
40
60
80
100
%
Czynnik
materialny
Czynnik
organizacyjny
Czynnik ludzki
Rys. Przyczyny wypadków pora
ż
e
ń
elektrycznych w polskiej
energetyce zawodowej i ich tendencje (1990 - 1997)
1990 – 1997:
3296 wypadków przy pracy (
ś
rednio rocznie ok. 410) w energetyce spółek
dystrybucyjnych, w tym 169 wypadków ci
ęż
kich i 90 wypadków
ś
miertelnych
10
Wypadki pora
ż
e
ń
elektrycznych w polskiej energetyce zawodowej
Tabela. Udział przyczyn materialnych wypadków ci
ęż
kich i
ś
miertelnych w energetyce
zawodowej w latach 1976 - 1988
Przyczyny materialne
Udzia w wypadkach (%)
ci
ęęęę
kich
miertelnych
Wady materia owe
24
35,5
Uszkodzenia urz
ą
dze
56
28,3
Z a rozwi
ą
zania projektowe
8
21,2
Uszkodzenia osprz
ę
tu i narz
ę
dzi
8
14,3
Uszkodzenia sprz
ę
tu ochronnego
4
0,7
11
Tabela. Udział przyczyn organizacyjnych wypadków ci
ęż
kich i
ś
miertelnych w
energetyce zawodowej w latach 1976 – 1988
Przyczyny organizacyjne
Udzia w wypadkach (%)
ci
ęęęę
kich
miertelnych
Brak nadzoru nad przygotowaniem miejsca pracy
46,9
49,1
Wady polecenia na prac
ę
33,7
24,6
Brak pouczenia: brygadzista-cz onkowie brygady
3,0
5,3
Brak nadzoru i kontroli stanu urz
ą
dze
7,1
1,8
Niew a ciwy dobór pracowników
5,1
1,8
Brak lub niew a ciwa instrukcja
3,0
1,8
Inne
1,2
15,6
Wypadki pora
ż
e
ń
elektrycznych w polskiej energetyce zawodowej
12
Tabela. Udział przyczyn ludzkich w wypadkach ci
ęż
kich i
ś
miertelnych w
energetyce zawodowej w latach 1977 – 1988
Przyczyny ludzkie
Udzia w wypadkach (%)
ci
ęęęę
kich
miertelnych
Podj
ę
cie pracy niezgodnie z regu ami BHP
22,9
41,4
Wykonywanie pracy bez polecenia
22,8
19,8
Brak uwagi
16,6
11,9
Brak oznacze i ogrodze miejsca pracy
6,9
9,9
Pomini
ę
cie sprawdzania braku napi
ę
cia
13,8
7,9
Nie wy
ą
czenie napi
ę
cia (pomy ka lub uszkodzenie
ą
cznika)
10,3
7,9
Przyst
ą
pienie do pracy na urz
ą
dzeniu innym ni
nale a o
9,3
7,9
Praca bez sprz
ę
tu ochronnego
11,0
6,9
Wypadki pora
ż
e
ń
elektrycznych w polskiej energetyce zawodowej
13
NORMALIZACJA
14
Ustawy i rozporz
ą
dzenia (pe
ł
ne teksty):
http://isap.sejm.gov.pl
http://www.polskieustawy.com/
Polskie Normy (katalog, sklep online):
http://www.pkn.pl
15
Ustawy i rozporządzenia
1.
Ustawa „Prawo budowlane” z dnia 7.07.1994 r. Dz. U. nr 106, poz. 1126
z 2000 r. (Ostatni tekst jednolity: Dz. U. nr 156 z 2006 r., poz. 1118 z
późniejszymi zmianami)
2.
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 r. w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich
usytuowanie. Dz. U. nr 75 z dnia 15.06.2002 r., poz. 690
3.
Rozporządzenie Ministra Przemysłu z dnia 8.10.1990 r. w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać
urządzenia
elektroenergetyczne w zakresie ochrony przeciwporażeniowej. Dz. U. nr
81 z 1990 r., poz. 473 (do starszych instalacji i urządzeń)
Najważniejsze akty prawne dotyczące bezpieczeństwa
instalacji elektrycznych
16
Normy
1. PN-HD
60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Ochrona dla
zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa.
PN-IEC 60364-4-41:2000 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla
zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa.
2. PN-HD 60364-5-54:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Dobór i montaż
wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń
ochronnych.
PN-IEC 60364-5-54:1999 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż
wyposażenia elektrycznego. Uziemienia i przewody ochronne.
3. PN-IEC
60364-7-701…:1999-... Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
Wymagania dodatkowe dla instalacji elektrycznych w specjalnych obiektach.
4. PN-EN 60445:2010 Zasady podstawowe i bezpieczeństwa przy współdziałaniu człowieka z
maszyną, znakowanie i identyfikacja. Identyfikacja zacisków urządzeń i zakończeń
przewodów.
5. PN-EN 60446:2010 Zasady podstawowe i bezpieczeństwa przy współdziałaniu człowieka z
maszyną, znakowanie i identyfikacja. Identyfikacja przewodów kolorami albo znakami
alfanumerycznymi.
6. PN-EN 60529: 2003 Stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy (kod IP).
7. PN-EN 61140:2005 Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym. Wspólne aspekty
instalacji i urządzeń.
17
Dobrowolność stosowania PN
18
19
20
1. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26.09.1997 r. w sprawie
ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Dz. U. nr 129 z 1997 r., poz.
844. (tekst jednolity: Dz. U. nr 169 z 2003 r., poz. 1650)
2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 17.09.1999 r. w sprawie bezpieczeństwa i
higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych. Dz.U. nr 80 z 1999
r., poz. 912
3. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 28.05.1996 r. w sprawie
rodzajów prac, które powinny być wykonywane przez co najmniej dwie osoby.
Dz.U. nr 62 z 1996 r., poz. 288 (nieobowiązujące od 18.01.2009)
4. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 28.05.1996 r. w sprawie
rodzajów prac, wymagających szczególnej sprawności psychofizycznej. Dz.U. nr 62
z 1996 r., poz. 287
5. Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dn. 28.04.2003 r.
w sprawie szczegółowych zasad stwierdzania posiadania kwalifikacji przez osoby
zajmujące się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci. Dz. U. nr 89 z 2003 r., poz.
828
6. PN-EN 50110-1:2000. Eksploatacja urządzeń elektrycznych.
7. Instrukcja organizacji bezpiecznej pracy przy urządzeniach i instalacjach
elektroenergetycznych. PTPiREE, Poznań 2000
Najważniejsze akty prawne dotyczące bezpieczeństwa pracy
przy urządzeniach i instalacjach energetycznych
21
DZIAŁANIE PRĄDU
NA ORGANIZM LUDZKI
22
Czynniki zagro
ż
enia stwarzane przez urz
ą
dzenia elektryczne:
• przepływ pr
ą
du
• pole elektromagnetyczne
• ciepło
•
ś
wiatło
• wyładowania elektryczne (np. łukowe)
• czynniki mechaniczne
• oddziaływania elektrodynamiczne
• czynniki akustyczne
• elektryczno
ść
statyczna
23
24
Zjawisko fibrylacji komór serca
W obwodach niskiego napi
ę
cia pr
ą
du przemiennego o cz
ę
stotliwo
ś
ci 15
÷÷÷÷
100 Hz
bezpo
ś
redni
ą
przyczyn
ą
zgonu w wypadku pora
ż
enia pr
ą
dem elektrycznym jest
zjawisko fibrylacji komór serca rozpoznane w 1850 r. przez Hoffa i Ludwiga,
zbadane dokładniej w 1939 r.
Rys. Przebieg czynno
ś
ci bioelektrycznych mi
ęś
nia sercowego (EKG) i ci
ś
nienia krwi
podczas normalnej pracy serca oraz w czasie fibrylacji komór sercowych
25
Tabela. Impedancja Z
T
i rezystancja R
T
całkowita ciała ludzkiego przy przepływie
pr
ą
du na drodze r
ę
ka-r
ę
ka lub r
ę
ka-stopa przy du
ż
ej powierzchni dotykanych elektrod
Wartości impedancji i rezystancji całkowitej ciała człowieka
(
Ω
Ω
Ω
Ω
), nieprzekroczone przez:
5% populacji
50% populacji
95% populacji
Napięcie dotykowe
(V)
Z
T
R
T
Z
T
R
T
Z
T
R
T
25
1750
2200
3250
3875
6100
8800
50
1450
1750
2625
2990
4375
5300
75
1250
1510
2200
2470
3500
4000
100
1200
1340
1875
2070
3200
3400
125
1125
1230
1625
1750
2875
3000
220
1000
1000
1350
1350
2125
2125
700
850
750
1100
1100
1550
1550
1000
700
700
1050
1050
1500
1500
Wartość
asymptotyczna
650
750
850
Uwaga: niektóre pomiary wykazują, że wartości przy przepływie prądu na drodze ręka-stopa są
nieco mniejsze niż dla przepływu prądu na drodze ręka-ręka (10% do 30%)
26
0,5
5
50
500
10000
200
100
20
10
1
2
0,1 0,2
2000
AC-1
AC-2
AC-3
AC-4
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
AC-4-3
AC-4-2
AC-4-1
a
b
c
1
c
2
c
3
mA
ms
t
I
T
1000
Rys. Strefy czasowo-pr
ą
dowe fizjologicznych skutków działania pr
ą
dów ra
ż
eniowych
przemiennych o warto
ś
ci do 10 A i cz
ę
stotliwo
ś
ci 15 - 100 Hz, płyn
ą
cych na drodze lewa r
ę
ka -
obie stopy (według Raportu IEC-60479 – 1 Ed. 3, 1994)
Progowe warto
ś
ci pr
ą
dów
Do wyst
ą
pienia okre
ś
lonych skutków ra
ż
enia elektrycznego potrzebna jest
odpowiednia energia – zale
ż
na od warto
ś
ci pr
ą
du ra
ż
enia oraz czasu ra
ż
enia.
a - próg odczuwania i reakcji
b - granica samouwolnienia
c - próg fibrylacji komór serca
27
Tabela. Skutki fizjologiczne przepływu pr
ą
du przez ciało człowieka
Oznaczenie
strefy
Granice strefy
(linie graniczne)
Skutki przepływu prądu
AC-1
< a
Zwykle rak reakcji
AC-2
a ÷ b *
Zwykle brak szkodliwych skutków fizjologicznych
AC-3
b ÷ c1
Zwykle brak uszkodzeń organicznych.
Prawdopodobieństwo pojawienia się skurczów mięśni i trudności
przy oddychaniu dla czasu przepływu prądu dłuższego od 2 s.
Odwracalne zakłócenia przy powstawaniu bodźców i pobudzaniu
serca włącznie z migotaniem przedsionków serca i przejściowym
zatrzymaniem pracy serca (zakłócenia wzrastające wraz ze
wzrostem prądu)
AC-4
> c1
Niebezpieczeństwo wystąpienia skutków patofizjologicznych,
takich jak: zatrzymanie pracy serca, zatrzymanie oddychania,
poważne oparzenia (mogące rozszerzać skutki strefy AC-3).
Niebezpieczeństwo rośnie wraz ze wzrostem prądu.
AC-4.1
c1 ÷ c2
Prawdopodobieństwo migotania komór sercowych: do ok. 5%
AC-4.2
c2 ÷ c3
Prawdopodobieństwo migotania komór sercowych: od 5% do 50%
AC-4.3
c3 ÷ c4
Prawdopodobieństwo migotania komór sercowych: powyżej 50%
*dla czasów przepływu prądu mniejszych od 10 ms linia graniczna b ma stałą wartość 200 mA
28
Progowe warto
ś
ci pr
ą
dów
Rys. Strefy czasowo-pr
ą
dowe fizjologicznych skutków działania pr
ą
dów ra
ż
eniowych
przemiennych o warto
ś
ci do 10 A i cz
ę
stotliwo
ś
ci 15 - 100 Hz, płyn
ą
cych na drodze lewa r
ę
ka -
obie stopy (według Raportu IEC-60479-1 – Ed. 4, 2005)
29
Skutki ra
ż
enia pr
ą
dem stałym
0,5
5
50
500
10000
200
100
20
10
1
2
0,1 0,2
2000
DC-1
DC-2
DC-3
DC-4
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
a
b
c
1
c
2
c
3
mA
ms
t
I
T
1000
DC-4-3
DC-4-2
DC-4-1
Rys. Pr
ą
dy progowe i strefy czasowo-pr
ą
dowe skutków fizjologicznych działania pr
ą
dów
ra
ż
eniowych stałych (warto
ś
ci progowe dla drogi ra
ż
enia lewa r
ę
ka - obydwie stopy)
30
Dopuszczalne napi
ę
cia dotykowe w instalacjach niskiego napi
ę
cia
• Ocena zagro
ż
enia pora
ż
eniowego na podstawie granicznych pr
ą
dów ra
ż
eniowych
jest kłopotliwa - trudno jest wyznaczy
ć
warto
ś
ci pr
ą
du ra
ż
eniowego.
• Ocen
ę
oparto na dopuszczalnym napi
ę
ciu, które wywołuje przepływ pr
ą
du
ra
ż
eniowego.
Tabela. Zestawienie warto
ś
ci napi
ęć
dotykowych dopuszczalnych długotrwale U
L
dla
przyjmowanych poziomów zagro
ż
enia przy urz
ą
dzeniach niskiego napi
ę
cia
Zagrożenie porażeniowe zależne od warunków środowiskowych
U
L
[V]
AC
DC
Normalne
lokale mieszkalne, biura, sale teatralne i
widowiskowe, klasy szkolne z wyjątkiem niektórych
laboratoriów itp.
50
120
Zwiększone
łazienki, natryski, sauny, pomieszczenia hodowli
zwierząt, bloki operacyjne, hydrofornie, przestrzenie
ograniczone pow. przewodzącymi, kanały rewizyjne,
kempingi, tereny budowy i rozbiórki, tereny otwarte
25
60
Szczególne
możliwość zetknięcia się ciała ludzkiego zanurzonego
w wodzie z elementami pod napięciem
12
30