Ochrona przeciw porażeniowa w urządzeniach elektroenergetycznych do 1 kV.
1. Wstęp
W urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu znamionowym do 1kV, zgodnie z obecnie obowiązującymi przepisami, ochronę przeciwporażeniową należy zapewnić przez zastosowanie:
a) napięć bezpiecznych albo
b) ochrony przeciwporażeniowej podstawowej i co najmniej jednego z poniżej wymienionych środków ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej:
- zerowanie,
- uziemienia ochronnego,
- sieci ochronnej,
- wyłączników przeciwporażeniowych różnicowoprądowych,
- separacji odbiorników,
- izolacji stanowiska,
- izolacji ochronnej.
2. Typy układów sieci.
Ze względu na ochronę przeciwporażeniową dzielimy układy sieci na typu:
a) TN,
b) TT,
c) IT.
Pierwsza litera symbolu określa sposób połączenia pkt. neutralnego sieci z ziemią:
T – bezpośrednie połączenie pkt. neutralnego z ziemią,
I – izolowanie wszystkich części sieci od ziemi.
Druga litera symbolu oznacza:
T – połączenie zacisku ochronnego PE urządzeń z ziemią,
N – połączenie zacisku ochronnego PE urządzenia z punktem neutralnym sieci.
Ad a) Sieci TN (rys. 1)dzielimy dodatkowo na;
a) TN-C – funkcję przewodów ochronnego i neutralnego pełni ten sam przewód,
b) TN-S - funkcję przewodów ochronnego i neutralnego pełnią oddzielne przewody
c) TN-C-S – w których pierwsza część przewodu pracuje jako układ TN-C, a druga TN-S.
Ad b) Sieci TT (rys. 1)są to sieci, w których wykonane są bezpośrednie uziemienia punktów neutralnych N, a zaciski ochronne PE odbiorników są połączone przewodem ochronnym tylko z ziemią.
Ad c) Sieci IT (rys. 1)są to sieci, których żaden punkt nie jest połączony bezpośrednio z ziemią, lub sieci, w których punkt neutralny albo inny punkt sieci jest połączony z ziemią przez impedancję o dostatecznie dużej, a zacisk ochronny jednego urządzenia jest bezpośrednio połączony z ziemią.
3. Ochrona przeciwporażeniowa podstawowa i dodatkowa.
Podstawowa przeciwporażeniowa jest to zespół środków mających za zadanie zabezpieczenie przed zetknięciem się człowieka z przewodzącymi częściami obwodu elektrycznego, przed udzieleniem się napięcia przedmiotom metalowym nie należącym do obwodu elektrycznego oraz przed szkodliwym oddziaływaniem na otoczenie łuku elektrycznego. Ochrona ta w zależności od rodzaju urządzeń oraz miejsca ich zainstalowania może być realizowana w następujące sposoby:
a) Izolowanie części czynnych, należy do najbardziej rozpowszechnionych sposobów
ochrony przed dotykiem bezpośrednim,
b) ochrona przez umieszczenie części czynnych urządzeń i elementów instalacji w
miejscach poza zasięgiem ręki człowieka,
c) Ochrona przez zastosowanie barier, powinna uniemożliwiać niezamierzone
niebezpieczne zbliżenie do części czynnych lub dotknięcie ich podczas eksploatacji,
Ochrona poprzez stosowanie barier ochronnych oraz umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki stanowi jedynie ochronę częściową.
Podczas eksploatacji urządzeń zdarzają się zakłócenia w ich normalnej pracy polegające na uszkodzeniu izolacji roboczej, dlatego koniecznym jest stosowanie środków ochrony dodatkowej czyli ochrony przed dotykiem pośrednim.
Ochronę przed dotykiem pośrednim możemy realizować poprzez:
a) stosowanie samoczynnego szybkiego wyłączenia zasilania,
b) stosowanie urządzeń II klasy ochronności,
c) stosowanie izolowania stanowiska,
d) stosowanie nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych,
e) stosowanie separacji elektrycznej
f) obniżenie napięcia.
Ad a)
Sposób ten należy do najbardziej rozpowszechnionych metod ochrony dodatkowej.
W sieciach typu TN szybkie wyłączenie może być realizowane przez zastosowanie urządzeń zabezpieczających:
- przetężeniowych(nadprądowych), takich jak bezpieczniki i wyłączniki,
- różnicowoprądowych.
Wszystkie części przewodzące urządzeń powinny być połączone z uziemionym punktem sieci za pomocą przewodów ochronnych PE i/lub przewodów ochronno-nuetralnych PEN.
Skuteczność działania zabezpieczenia określa warunek samoczynnego wyłączenia zasilania:
gdzie: ZS – impedancja pętli zwarciowej,
Ia – prąd zapewniający szybkie zadziałanie urządzenia wyłączającego,
Uo – napięcie znamionowe sieci względem ziemi.
Urządzenia ochronne instaluje się w przewodach fazowych, mogą być także stosowane w przewodach neutralnych N (jest to nie zalecane). W przewodach PE oraz PEN nie mogą być stosowane żadne urządzenia ochronne przerywające ciągłość przewodów fazowych. Dopuszcza się niekiedy przerywanie ciągłości przewodów ochronnych lecz czynność ta musi dotyczyć również przewodów fazowych, przy czym przerywanie przewodów ochronnych powinno nastąpić później niż przewodów fazowych, załączenia zaś powinno odbywać się w kolejności odwrotnej.
W sieciach typu TN-C przewód PEN pełni funkcję przewodu neutralnego i ochronnego. W przypadku przerwy w ciągłości tego przewodu może powstać znaczne niebezpieczeństwo porażeniowe. Z tego powodu sieci typu TN-C mogą być stosowane tylko przy ułożeniu przewodów na stałe, a przekrój przewodów PEN nie powinien być mniejszy niż 10mm2 dla miedzi lub 16mm2 dla aluminium
W sieciach TN stosuje się zabezpieczenia przetężeniowe, a zabezpieczenia różnicowoprądowe mogą być stosowane tylko w sieciach TN-S lub TN-C-S lecz tylko w części w której przewód ochronny i neutralny zostały rozdzielone.
W sieciach typu TT ochrona przed dotykiem realizowana jest poprzez stosowanie urządzeń:
- przetężeniowych,
- różnicowoprądowych.
Działanie urządzeń ochronnych uważa się za skuteczne, jeżeli spełniony jest warunek
gdzie: RA - suma rezystancji uziemienia uziomu i przewodu
ochronnego części przewodzących.
Prąd Ia zapewniający odpowiednio szybkie samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego zależy od rodzaju zastosowanych urządzeń. Przyjęto że:
- dla urządzeń różnicowoprądowych Ia= IDn;
- dla kilku (N) urządzeń różnicowoprądowych przyłączonych do wspólnego uziomu ochronnego
- dla urządzeń różnicowoprądowych typu S, selektywnego, Ia=2 IDn; przy stosowaniu wyłączników różnicowoprądowych selektywnych w sieciach rozdzielczych dopuszcza się pewną zwłokę czasową, nie przekraczającą jednak 1 s;
- dla urządzeń przetężeniowych o zależnej charakterystyce prądowo-czasowej prąd Ia jest prądem zapewniającym samoczynne wyłączenie z czasem nie dłuższym niż 5S;
- dla urządzeń przetężeniowych o działaniu bezzwłocznym prąd Ia jest najmniejszą wartością prądu zapewniającego bezzwłoczne wyłączenie.
W sieciach TT przede wszystkim urządzenia różnicowoprądowe zapewniają skuteczną ochronę przeciwporażeniową przed dotykiem pośrednim bez konieczności spełnienia trudnych warunków technicznych, niezależnie od wartości mocy zainstalowanych odbiorników i urządzeń.
W sieciach typu IT ochrona przed dotykiem pośrednim może być zrealizowana przez zastosowanie następujących środków zabezpieczających:
- urządzenia do kontroli stanu izolacji,
- urządzenia różnicowoprądowe,
- urządzenia napięciowe.
W tych sieciach żaden z przewodów czynnych ani neutralnych nie może być uziemiony bezpośrednio, a wszystkie przewodzące części dostępne powinny być uziemione indywidualnie lub grupowo. Powinien być spełniony warunek
Sieci IT powinny być ponadto wyposażone w urządzenia do kontroli stanu izolacji, które to powinny sygnalizować lub powodować wyłączenie sieci w przypadku występowania pojedynczego zwarcia do uziemionych części przewodzących lub zmniejszenia się rezystancji izolacji poniżej ustalonej wartości.