 |
|
|
|
ARTYKUŁY Elektrotechnika Procesy normalizacyjne w zakresie samoczynnego wyłączenia zasilania w sieci TT |
|
Zastosowanie sieci TT w instalacjach elektrycznych jest znacznie rzadsze niż sieci TN. Jednak ze względu na miejsca ich użytkowania zagadnienia związane z problematyką skutecznej ochrony przeciwporażeniowej są bardzo istotne - sieci TT eksploatowane są często w układach przemysłowych, w których warunki środowiskowe powodują, że ewentualne rażenie prądem elektrycznym może wiązać się z bardzo groźnymi dla życia skutkami patofizjologicznymi.
Ocena skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych powinna się odbywać zgodnie z przepisami obowiązującymi w okresie powstawania lub modernizacji instalacji. W artykule przedstawiono wymagania przepisów dotyczące środka ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TT, obowiązujące w ciągu ostatnich 45 lat. W okresie tym obowiązywały następujące akty prawne, regulujące zasady ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia:
Idea działania ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TT (dawniej uziemienie ochronne) jest prosta: zwarcie przewodu fazowego z przewodem ochronnym (lub częścią przewodzącą dostępną połączoną z przewodem ochronnym) wymusza przepływ prądu Ia w obwodzie zwarciowym (rys.). Prąd ten powoduje zadziałanie urządzenia ochronnego przetężeniowego lub różnicowoprądowego w wymaganym czasie (jeżeli warunek skuteczności tej ochrony jest spełniony). Wykorzystanie tego środka wymaga jednak zastosowania w instalacji elektrycznej przewodu ochronnego PE oraz w przypadku sieci TT uziemienia części przewodzących odbiorników dostępnych objętych ochroną. Brak przewodu PE oraz/lub zbyt duża wartość rezystancji uziemienia R jest równoznaczne z brakiem skuteczności ochrony przeciwporażeniowej. Pojawia się wówczas zagrożenie, nawet śmiertelne, w czasie eksploatacji urządzeń elektrycznych [6].
Podczas eksploatacji sieci TT należy szczególną uwagę zwrócić na stan techniczny uziomu RA, gdyż ma on decydujący wpływ na poziom bezpieczeństwa w eksploatowanej instancji. Jeżeli uziom RA jest uziomem fundamentowym wartość jego rezystancji uziemienia jest stabilna przez cały czas eksploatacji. Trwałość takiego uziomu jest równa trwałości obiektu budowlanego, w którym ten uziom się znajduje. W przypadku uziomów sztucznych pogrążonych w gruncie, trwałość uziomu sięga maksymalnie dwudziestu lat, a rezystancja uziemienia uziomu zależna jest m.in. od warunków atmosferycznych. Dlatego też, znajomość przepisów określających warunki skutecznej ochrony przeciwporażeniowej w sieci TT jest bardzo istotna, zwłaszcza w przypadku prowadzenia prac odtworzeniowych w zakresie utrzymania wymaganej wartości rezystancji uziemienia RA.
Analizując procesy normalizacyjne w zakresie ochrony przeciwporażeniowej w sieci TT, zauważa się zmiany stosowanego nazewnictwa. W aktach prawnych [1] oraz [2] obowiązującą nazwą samoczynnego wyłączenia zasilania w sieci TT, było uziemienie ochronne. Dopiero norma z 1992 r. [3] wprowadziła obecnie obowiązującą nazwę. Ponadto w przepisach [1] nie były stosowane jeszcze nazwy określające typy sieci, w których można stosować dany środek ochrony dodatkowej. Obecnie stosowana nazwa sieci TT wprowadzona została w przepisach z 1990 r. [2], chociaż już od kilku lat była ona stosowana w literaturze fachowej [10].
W aktach prawnych [2-A] dla sieci TT obowiązujący jest warunek skuteczności ochrony:
RA · Ia ≤ UL (1)
gdzie:
RA - rezystancja uziemienia części przewodzących dostępnych [2], suma rezystancji uziemienia uziomu ochronnego i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych [3,4],
Ia - prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w wymaganym czasie (tab.),
UL - napięcie dotykowe bezpieczne [2] (w normach [3, 4] wartość napięcia przyjęto UL = 50 V).
W zarządzeniu z 1968 r. [1] warunek (1) jest zmodyfikowany. Wyznacznikiem spełnienia warunku jest zapewnienie minimalnej wartości rezystancji (oporu czynnego) uziemienia ochronnego, a wartość napięcia bezpiecznego, koniecznego do wyznaczenia tej wartości wynosi Ud = 65 V. Warunkiem sprawdzenia skuteczności ochrony przeciwporażeniowej zgodnie z zależnością (1) w instalacjach wybudowanych przed rokiem 1990, jest pewność, że uziemienie robocze sieci R nie jest tym samym uziomem, do którego przyłączone jest uziemienie ochronne RA. Jeżeli uziemienie ochronne RA jest przyłączone do tego samego uziomu co uziemienie robocze sieci Rb, to skuteczność ochrony przeciwporażeniowej sprawdzamy zgodnie z zależnością:
Z = Uf / Iw (2)
gdzie:
Z - impedancja pętli zwarciowej,
Uf - napięcie znamionowe sieci względem ziemi,
Iw - prąd powodujący dostatecznie szybkie zadziałanie urządzenia zabezpieczającego [1] (pojęcie „dostatecznie szybkie wyłączenie” nie zostało wyjaśnione w przepisach).
Warunek (1) obowiązywał w [2-4] zarówno w przypadku zastosowania jako zabezpieczenia urządzenia ochronnego różnicowoprądowego, jak i urządzenia ochronnego przetężeniowego.
Dopiero norma [5] dla sieci TT wprowadza oddzielne warunki skuteczności ochrony przeciwporażeniowej, w zależności od zastosowanych w instalacji urządzeń ochronnych. W przypadku zastosowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych w sieci TT, wprowadzono warunek skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w postaci:
RA · IΔn ≤ 50V (3)
gdzie:
RA - suma rezystancji uziemienia uziomu ochronnego i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych,
IΔn- znamionowy różnicowy prąd zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego [5].
Tab. Maksymalne czasy wyłączania w sieci typu TT w końcowych obwodach instalacji elektrycznej [8]:
Akty prawne | Napięcia | 50 V < U0 ≤ 120V | 120V < U0 ≤ 230V | 230V < U0 ≤ 400V | U0 > 400V | ||||
Uwagi | a.c. | d.c. | a.c. | d.c. | a.c. | d.c. | a.c. | d.c. | |
| [1] | przepisy podają tylko krotności prądów powodujących dostatecznie szybkie 2) wyłączenie zasilania | ||||||||
| [2] | warunki środowiskowe 1 TN i TT 1) | 0,8 s - 120 V | 0,4 s - 235 V | 0,2 s - 400 V | 0,1 s - 580 V | ||||
| warunki środowiskowe 2 TN i TT 1) | 0,4 s - 120 V | 0,2 s - 230 V | 0,1 s - 400 V | 0,1 s - 580 V | |||||
| [3-4] | sieć TT | jeżeli urządzeniem ochronnym jest urządzenie o zależnej charakterystyce czasowo-prądowej, prąd Ia powinien być prądem zapewniającym samoczynne zadziałanie w czasie nie dłuższym niż 5s. Dla urządzenia z działaniem natychmiastowym prądIa powinien być minimalnym prądem zapewniającym bezzwłoczne wyłączenie | |||||||
| [5] | sieć TT | 0,3 s | 5 s | 0,2 s | 0,4 s | 0,07 s | 0,2 s | 0,04 s | 0,1 s |
| sieć TT3) | 0,8 s | 5 s | 0,4 s | 5 s | 0,2 s | 0,4 s | 0,1 s | 0,1 s | |
1) Warunki środowiskowe 1 i 2 odpowiednio, gdy rezystancja ciała ludzkiego w stosunku do ziemi wynosi co najmniej 1000 Ω. oraz wynosi mniej niż 1000 Ω. 2) Pojęcie „dostatecznie szybkie wyłączenie” nie zostało wyjaśnione w przepisach. 3) Jeżeli w układzie TT wyłączenie jest uzyskiwane dzięki zabezpieczeniu nadprądowemu, a ochronne połączenie wyrównawcze jest przyłączone do części przewodzących obcych znajdujących się w instalacji, to mogą być stosowane maksymalne czasy wyłączenia przewidywane dla układu TN. | |||||||||
Dla zastosowanych urządzeń ochronnych przetężeniowych w sieci TT (wyłączniki instalacyjne, wkładki bezpiecznikowe), w wymaganiach [5] wprowadzony został nowy warunek skuteczności ochrony przeciwporażeniowej, przypominający warunek skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w sieci typu TN (4):
Zs · Ia ≤ U0 (4)
gdzie:
Zs - impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło, przewód fazowy do miejsca uszkodzenia, przewód ochronny części przewodzących dostępnych, przewód uziemiający, uziemienia uziomu ochronnego oraz uziemienia uziomu źródła,
Ia - prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie, zależnym od napięcia znamionowego U0 (tab.),
U0 - napięcie między przewodem fazowym i neutralnym - napięcie znamionowe względem ziemi [5].
Należy zwrócić uwagę, że w tej samej normie zostało zastosowane to samo oznaczenie dla dwóch różnych wielkości, dla których wyznaczenie wartości wymaga przeprowadzenia diametralnie różnych pomiarów lub/i obliczeń. W warunku skuteczności ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TN oznaczenie Z dotyczy impedancji pętli zwarcia obejmującej źródło zasilania, przewód roboczy aż do punktu zwarcia i przewód ochronny między punktem zwarcia a źródłem zasilania. Natomiast w warunku skuteczności ochrony w sieci TT oznaczenie Z oznacza impedancję pętli zwarcia obejmującej impedancję źródła, przewodu fazowego do miejsca uszkodzenia, przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych, przewodu uziemiającego, uziemienia uziomu ochronnego oraz uziemienia uziomu źródła. Pomimo tej nieścisłości dotyczącej oznaczeń, należy stwierdzić, że rozdzielenie warunków skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w zależności od zastosowanych w instalacji urządzeń ochronnych znacznie ułatwia dobór tych zabezpieczeń, ograniczając jednocześnie możliwości własnej interpretacji wymagań.
Uwzględnienie w zależności (4) impedancji uziemienia punktu neutralnego transformatora nakłada na właściciela i użytkownika transformatora obowiązek poinformowania odbiorców o wszelkich zmianach wartości tej impedancji, gdyż zmiana tej wartości może mieć wpływ na bezpieczeństwo eksploatacji instalacji elektrycznej u odbiorców końcowych i wymagać może przeprowadzenia dodatkowej analizy technicznej oraz ekonomicznej modernizacji instalacji elektrycznej.
Zmiany następujące wraz z prowadzonym procesem normalizacyjnym, nie dotyczyły jednak tylko warunku skuteczności ochrony przeciwporażeniowej. W ramach procesu normalizacyjnego zmieniały się również maksymalne czasy wyłączania zasilania w obwodach końcowych. Zestawienie wymaganych czasów przedstawiono w tabeli.
Ponowne wprowadzenie w obecnie obowiązujących przepisach [5] wyraźnie zdefiniowanych maksymalnych dopuszczalnych czasów wyłączenia zasilania w sieciach TT, jest krokiem w dobrym kierunku. Zapis taki ogranicza możliwość interpretacji definicji „natychmiastowego wyłączenia zasilania”, która pojawiła się we wcześniej obowiązujących przepisach [3, 4]. Przy niewłaściwej interpretacji wyznacznikiem skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w sieci TT była charakterystyka czasowo-prądowa zastosowanego urządzenia ochronnego z dopuszczalnym czasem zadziałania nieprzekraczającym t = 5 s. Przy obecnych standardach dotyczących bezpieczeństwa eksploatacji instalacji i urządzeń elektrycznych taki czas wyłączenia zasilania przy uszkodzeniu jest niedopuszczalny.
Wnioski
Zachodzące zmiany w przepisach regulujących zasady ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia dążą w kierunku zaostrzenia tych wymagań. Wynika to zarówno ze stanu wiedzy o zagrożeniach wynikających z braku właściwej eksploatacji urządzeń i instalacji elektrycznych, jak i postępu technologicznego w zakresie stosowanych w instalacjach urządzeń ochronnych. Zmiany te są uzasadnione, gdyż instalacje elektryczne w układzie sieci TT są eksploatowane przede wszystkim w warunkach przemysłowych, bardzo często w niekorzystnych warunkach środowiskowych zwiększających ryzyko wystąpienia groźnych skutków patofizjologicznych w wyniku rażenia prądem elektrycznym.
Należy jednak pamiętać, że ocena stanu technicznego instalacji elektrycznej powinna przebiegać zgodnie z wymaganiami, które obowiązywały w okresie powstawania lub modernizacji instalacji elektrycznej. Dlatego też akceptując „stare” wymagania prawne, warto zwrócić uwagę na możliwość zastosowania w tych instalacjach rozwiązań, które umożliwią poprawę bezpieczeństwa ich eksploatacji.
LITERATURA:
[1] Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki oraz Ministra Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych z 31.12.1968 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinna odpowiadać ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu do 1 kV
[2] Rozporządzenie Ministra Przemysłu z 8.10.1990 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać urządzenia elektroenergetyczne w zakresie ochrony przeciwporażeniowej. Dz.U. 1990 nr 81 poz. 473
[3] PN-92/E-05009/41 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona zapewniająca bezpieczeństwo. Ochrona przeciwporażeniowa
[4] PN-IEC 60364-4-41:2000 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa
[5] PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa - Ochrona przed porażeniem elektrycznym
[6] Biegelmeier G., Mórx A.: Ganzheitsbetrachtungen und Grudnsregeln fur den Schutz gegen electrischen Schlag in Niederspannungsanlagen. XIII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Bezpieczeństwo elektryczne”, Wrocław 2001
[7] Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych WNT, Warszawa 2013
[8] Sulkowski M.: Metoda analizy niezawodności technicznych środków ochrony przeciwporażeniowej w urządzeniach elektrycznych niskiego napięcia - rozprawa doktorska. Białystok 2008
[9] Wołkowiński K., Markiewicz H.: Instalacje elektroenergetyczne. Zagadnienia wybrane. WNT, Warszawa 1985
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
