Zagadnienia ochrony ppor, Elektryka, INSTALACJE ELEKTRYCZNE(3)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Mgr inż. Andrzej Boczkowski
Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych
Stowarzyszenie Elektryków Polskich
Wybrane zagadnienia ochrony przeciwporażeniowej
w instalacjach elektrycznych do 1 kV
Bezpieczeństwo użytkowania instalacji elektrycznych sprowadza się do zapewnienia
ochrony przed następującymi podstawowymi zagrożeniami:
⎯
porażeniem prądem elektrycznym,
⎯
prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi,
⎯
przepięciami łączeniowymi i pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych,
⎯
skutkamicieplnymi.
Skuteczność ochrony przed wyżej wymienionymi zagrożeniami zależy od zastosowanych,
w instalacjach elektrycznych, rozwiązań oraz środków technicznych.
Miarą skuteczności tej ochrony jest liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elek-
trycznym oraz liczba pożarów, będących następstwem wad lub nieprawidłowej eksploatacji
instalacji elektrycznych.
Z przeprowadzonych analiz wynika, że liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elek-
trycznym w ciągu roku, przypadająca na jeden milion mieszkańców w Polsce zmniejszyła się
z 9,5 w latach 1980
÷
1985 do 6,1 w latach 1991
÷
2001 z tendencją dalszego zmniejszania
się w następnych latach. Jednak nadal liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elek-
trycznym jest w Polsce 3
÷
4-krotnie większa niż w krajach Zachodniej Europy. Liczba śmier-
telnych wypadków poza statystycznym miejscem pracy, spowodowanych porażeniem prą-
dem elektrycznym, w stosunku do ogółu śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycz-
nym wynosi w Polsce około 86 %.
Wynika z tego, że niebezpieczeństwo śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym występuje
przede wszystkim w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolni-
czych i ogrodniczych.
Nadal najwięcej wypadków odnotowuje się na wsi, prawie dwukrotnie większy wskaźnik
śmiertelnych wypadków w stosunku do wypadków w mieście.
Równie częste są przypadki powstania pożarów spowodowanych niesprawną instalacją elek-
tryczną. Ich procentowy udział w ogólnej liczbie pożarów w budynkach, według danych
za 2003 rok jest na poziomie 12 %.
Zasadniczy wpływ na dużą liczbę śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym oraz pożarów
w Polsce ma na ogół zły stan techniczny instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych,
w tym w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych
i ogrodniczych, a także stosowanie niedoskonałych i niewystarczających środków ochrony
przed zagrożeniami w tych instalacjach, a mianowicie:
⎯
powszechne stosowanie układu sieci TN-C w instalacjach elektrycznych z przewodami
o małych przekrojach (1,5
÷
10mm
2
) przeważnie aluminiowymi, zwiększającymi możli-
wość uszkodzeń mechanicznych i przerw, szczególnie w przewodach ochronno-
neutralnych PEN występujących w tym układzie sieci. Stąd wynikające często przypadki
pojawiania się na obudowach metalowych odbiorników napięć dotykowych wyższych
od dopuszczalnych długotrwale. Również pojawianie się na przewodzie PEN napięcia
niekorzystnego dla użytkowanych odbiorników, wywołanego przepływem przez ten
przewód prądu wyrównawczego, spowodowanego zaistnieniem asymetrii prądowej
w instalacji,
2
⎯
stosowanie układu sieci TT, nie zawsze gwarantującego skuteczność ochrony przeciw-
porażeniowej, głównie z uwagi na dość często występujące trudności w zapewnieniu
wymaganych rezystancji uziemień oraz przypadki przerw w przewodach uziemiających,
⎯
niestosowanie połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych), a także bardzo
często połączeń wyrównawczych głównych,
⎯
niestosowanie ochrony przed dotykiem pośrednim (ochrony przy uszkodzeniu) w po-
mieszczeniach o podłodze źle przewodzącej, przeznaczonych na stały pobyt ludzi, po-
mimo występowania w tych pomieszczeniach metalowych uziemionych rur i grzejników
centralnego ogrzewania oraz metalowych rur wodociągowych i gazowych,
⎯
niestosowaniewyłączników ochronnych różnicowoprądowych,
⎯
niestosowanie ograniczników przepięć,
⎯
w rozwiązaniach instalacji elektrycznych prowadzenie przewodów w sposób wyklucza-
jący ich wymienialność,
⎯
stosowanie zbyt małej liczby obwodów odbiorczych oraz gniazd wtyczkowych i wypu-
stów oświetleniowych.
W Polsce, w miastach i na wsi, istnieje ponad 11 milionów mieszkań oraz ponad 2 miliony
gospodarstw rolniczych i ogrodniczych.
Instalacje elektryczne w tych obiektach, z wyjątkiem budowanych w ostatnich latach,
nie odpowiadają wymaganiom Polskiej Normy PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne
w obiektach budowlanych” oraz „Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać bu-
dynki i ich usytuowanie”.
Są to instalacje elektryczne nie w pełni sprawne, będące źródłem wyżej wymienionych za-
grożeń.
Istnieje w związku z tym konieczność modernizacji instalacji elektrycznych w obiektach bu-
dowlanych, w tym szczególnie w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodar-
stwach rolniczych i ogrodniczych.
W instalacjach modernizowanych lub nowo budowanych należy zapewnić konieczność reali-
zacji nowych, preferowanych rozwiązań, które są objęte wymaganiami normy PN-IEC 60364
oraz „Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie”.
3
Przepisy ochrony przeciwporażeniowej, zawarte w normie PN-IEC 60364, są przede wszyst-
kim odzwierciedleniem rozpoznania skutków przepływu prądu elektrycznego przez ciało
ludzkie, dostępnych środków ochrony oraz warunków ekonomicznych.
W ostatnich 30 latach nastąpił znaczny postęp w rozpoznaniu skutków rażenia człowieka
prądem. Prowadzone w tym zakresie badania na ludziach i zwierzętach były przedmiotem
szczegółowych analiz oraz raportów Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC).
W kolejnych wydaniach raportu 479 Komisji IEC opublikowane zostały uzgodnione poglądy,
dotyczące reakcji organizmu człowieka na przepływ prądu przemiennego i stałego.
Skutki oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz na ciało ludzkie zależą
od wartości prądu
I
, przepływającego przez ciało ludzkie oraz czasu przepływu
t
.
Ze względu na prawdopodobieństwo występowania określonych skutków można wyróżnić
następujące strefy przedstawione na rysunku nr 1:
Rys. 1. Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz
na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy
AC-1 zazwyczaj brak reakcji organizmu,
AC-2 zazwyczaj nie występują szkodliwe skutki patofizjologiczne. Linia b jest progiem
samodzielnego uwolnienia człowieka od kontaktu z częścią pod napięciem,
AC-3 zazwyczaj nie występują uszkodzenia organiczne. Prawdopodobieństwo skurczu
mięśni i trudności w oddychaniu przy przepływie prądu w czasie dłuższym niż 2 s.
Odwracalne zakłócenia powstawania i przenoszenia impulsów w sercu, włącznie
z migotaniem przedsionków i przejściową blokadą pracy serca, bez migotania
komór serca, wzrastające wraz z wielkością prądu i czasem jego przepływu,
AC-4 dodatkowo, oprócz skutków charakterystycznych dla strefy AC-3, pojawia się
wzrastające wraz z wartością prądu i czasem jego przepływu niebezpieczeństwo
skutków patofizjologicznych, np. zatrzymanie czynności serca, zatrzymanie oddy-
chania i ciężkie oparzenia.
4
Ze względu na prawdopodobieństwo wywołania migotania komór serca wyróżnia
się następujące strefy:
AC-4.1 5 % przypadków migotania komór serca,
AC-4.2 nie więcej niż 50 % przypadków,
AC-4.3 powyżej 50 % przypadków.
Przyjęto, że graniczna bezpieczna wartość prądu rażeniowego, płynącego w dłuższym cza-
sie przez ciało ludzkie, wynosi 30 mA dla prądu przemiennego.
Znajomość współczynnika prądu serca
F
pozwala na obliczanie prądów
I
d
na innych drogach
przepływu niż lewa ręka – stopy, które stanowią to samo niebezpieczeństwo wystąpienia
migotania komór serca w odniesieniu do prądu
I
lewa ręka - stopy, przedstawionego na ry-
sunku nr 1. Jego wartość jest stosunkiem:
F
=
I
,
⇒
I
d
=
I
(1)
I
F
d
gdzie:
I
⎯
prąd płynący przez ciało ludzkie na drodze lewa ręka - stopy przedstawiony
na rysunku nr 1,
I
d
⎯
prąd płynący przez ciało ludzkie na drogach przedstawionych w tablicy nr 1, wywo-
łujący te same skutki jak prąd
I
,
F
⎯
współczynnik prądu serca, o wartościach dla różnych dróg przepływu prądu
I
d
podanych w tablicy nr 1.
Tablica 1. Współczynnik prądu serca dla różnych dróg przepływu prądu przez ciało ludzkie
Droga przepływu prądu przez ciało ludzkie
Współczynnik prądu serca
F
Lewa ręka do lewej stopy, prawej stopy lub obydwu stóp
1,0
Obydwie ręce do obydwu stóp
1,0
Lewa ręka do prawej ręki
0,4
Prawa ręka do lewej stopy, prawej stopy lub obydwu stóp
0,8
Plecy do prawej ręki
0,3
Plecy do lewej ręki
0,7
Klatka piersiowa do prawej ręki
1,3
Klatka piersiowa do lewej ręki
1,5
Pośladek do lewej ręki, prawej ręki lub obydwu rąk
0,7
Przykład
: prąd 200 mA płynący przez ciało ludzkie na drodze lewa ręka do prawej ręki po-
woduje taki sam skutek, jak prąd 80 mA płynący na drodze lewa ręka
do obydwu stóp.
Skutki oddziaływania prądu stałego na ciało ludzkie zależą od wartości prądu
I
, przepływają-
cego przez ciało ludzkie oraz czasu przepływu
t
.
Ze względu na prawdopodobieństwo występowania określonych skutków można wyróżnić
następujące strefy przedstawione na rysunku nr 2.
5
Rys. 2. Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie,
na drodze lewa ręka - stopy
DC-1 zazwyczaj brak reakcji organizmu,
DC-2 zazwyczaj nie występują szkodliwe skutki patofizjologiczne,
DC-3 zazwyczaj nie występują uszkodzenia organiczne. Prawdopodobieństwo odwra-
calnych zakłóceń powstawania i przewodzenia impulsów w sercu, wzrastających
wraz z natężeniem prądu i czasem ,
DC-4 prawdopodobieństwo wywołania migotania komór serca oraz wzrastające wraz
z natężeniem prądu i czasem inne szkodliwe skutki patofizjologiczne, np. ciężkie
oparzenia.
Ze względu na prawdopodobieństwo wywołania migotania komór serca wyróżnia się nastę-
pujące strefy:
DC-4.1 5 % przypadków migotania komór serca,
DC-4.2 nie więcej niż 50 % przypadków,
DC-4.3 powyżej 50 % przypadków.
Informacje dotyczące wypadków porażeń prądem stałym oraz przeprowadzone badania
wskazują, że:
⎯
niebezpieczeństwo migotania komór serca jest w zasadzie związane z prądami wzdłuż-
nymi (prąd płynący wzdłuż tułowia ciała ludzkiego, np. od ręki do stóp).
Dla prądów poprzecznych (prąd płynący w poprzek tułowia ciała ludzkiego, np. od ręki
do ręki) migotania komór serca mogą pojawiać się przy większych natężeniach prądu,
⎯
próg migotania komór serca dla prądów opadających (prąd płynący przez ciało ludzkie,
dla którego stopa stanowi biegun ujemny) jest około dwa razy wyższy, niż dla prądów
wznoszących (prąd płynący przez ciało ludzkie, dla którego stopa stanowi biegun dodat-
ni).
[ Pobierz całość w formacie PDF ]