polaczenia wyrownawcze ochr

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Edward Musiał
Politechnika Gdańska
POŁĄCZENIA WYRÓWNAWCZE OCHRONNE
Połączenia wyrównawcze dla celów ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycz-
nych budynków zostały w Polsce wprowadzone zaledwie 35 lat temu i to w wersji bardzo ograni-
czonej: tylko połączenia wyrównawcze główne i bez wsparcia uziomem fundamentowym. Od blisko
dziesięciu lat Polskie Normy teoretycznie są identyczne z Normami Europejskimi i powinny umożli-
wiać wykonywanie połączeń wyrównawczych w sposób zgodny z uznanymi w świecie zasadami
wiedzy technicznej, ale pojawiły się przeszkody mentalne. Polskojęzyczne teksty norm są zdeformo-
wane błędnym tłumaczeniem, w przepisach prawa budowlanego pojawiają się zapisy niezgodne
z postanowieniami norm, a pseudowiedza natrętnie sprzedawana szeregowym elektrykom nie sprzy-
ja podnoszeniu ich kwalifikacji.
Połączenia wyrównawcze to sposób ochrony prosty aż do bólu
−
wystarczy galwanicznie po-
łączyć ze sobą wszystko, co dostępne i przewodzące, a nie pojawi się różnica potencjałów zagraża-
jąca porażeniem. Jednak ta prostota jest zwodnicza, o czym mogą świadczyć wieloletnie, ostre dys-
kusje o tym, co łączyć, a czego nie łączyć, i dlaczego albo o tym, że w tym użyciu termin ekwipoten-
cjalizacja oznacza znaczne zmniejszenie różnicy potencjałów w warunkach zakłóceniowych, ale na
ogół nie do zera.
Poza ogólnymi zasadami stosowania połączeń wyrównawczych głównych i miejscowych oraz
uziomów fundamentowych bądź parafundamentowych, jest wiele szczegółowych i specyficznych
zasad odnoszących się do określonych urządzeń i/lub miejsc o specjalnym przeznaczeniu i szczegól-
nych warunkach środowiskowych. Trzeba upowszechniać tę wiedzę w trosce zarówno o bezpieczeń-
stwo ludzi oraz zwierząt hodowlanych, jak i niezakłócone działanie ważnych urządzeń i układów
elektrycznych.
1. Rys historyczny
Pierwsze w świecie wymaganie przepisów elektrotechnicznych, dotyczące stosowania połą-
czeń wyrównawczych, pojawiło się w Niemczech w roku 1920 i dotyczyło pomieszczeń wilgotnych
i mokrych, a w szczególności łazienek. Zwracano uwagę na konieczność łączenia ze sobą metalo-
wych konstrukcji budowlanych oraz rurociągów rozprowadzonych w budynku. Do połowy XX
wieku podobne wymagania pojawiały się tylko w niektórych krajach i dotyczyły zwłaszcza po-
mieszczeń kąpielowych w mieszkaniach.
W Polsce wymaganie wykonywania połączeń wyrównawczych dla celów ochrony przeciwpo-
rażeniowej, w najniższej kondygnacji każdego zelektryfikowanego budynku i ponadto w łazience
każdego mieszkania, pojawiło się po raz pierwszy w roku 1966, w normie PN-66/E-05009 [9]. Tu
przypomnieć wypada, że w tamtym czasie stosowanie norm było obowiązkowe, o czym jeszcze
w latach 50. ubiegłego wieku przypominał na pierwszej stronie normy nadruk o treści „Nieprze-
strzeganie normy jest karalne”. Wspomniane wymaganie pojawiło się z inicjatywy głównych auto-
rów normy, profesorów J. Piaseckiego i K. Wołkowińskiego. Norma została ustanowiona 29 grud-
nia 1966 r.
z rocznym
vacatio legis
, przedłużonym następnie o kolejny rok, po czym została unie-
ważniona, zanim zaczęła obowiązywać. W zamian wprowadzono zbliżonej treści przepisy [7] usu-
wając jednak z tekstu wszelkie połączenia wyrównawcze i inne − w oczach malutkich elektryków
na wysokich stołkach − „fanaberie” profesorów. Dopiero nowelizacja tych przepisów w roku 1976
przywróciła wymaganie połączeń wyrównawczych głównych, w przyziemnej kondygnacji budyn-
ku, nie wspominając o połączeniach miejscowych.
1
Pełniejsze wymagania pojawiły się dopiero po roku 1990 w normach PN, będących tłumacze-
niem norm międzynarodowych IEC, a następnie − dokumentów normalizacyjnych europejskich EN
bądź HD. Norma 60364 jest normą wieloarkuszową, na razie niekompletną, chociaż ma już ponad
40 arkuszy tematycznych, nowelizowanych co kilka lat. Jeśli do tego dodać liczne normy instala-
cyjne o innej numeracji, to elektryk, mający rozwikłać trudniejszy problem instalacyjny czy urzą-
dzeniowy, powinien mieć pod ręką spory zestaw norm, a nawet − wszystkich kolejnych ich edycji,
czyli około 200 norm, skromnie licząc. Kolejną trudnością jest zawstydzająca jakość polskiego tłu-
maczenia tych norm, która przeinacza treść wielu postanowień, a inne formułuje polskimi słowami
z zachowaniem angielskiej składni, co skutkuje tekstem niestrawnym, trudno zrozumiałym, również
tekstem wieloznacznym, co w normie jest karygodne. Absolutnie wierzyć nie można, umieszczonej
na stronach tytułowych norm notce „idt” lub „IDT”, która ma potwierdzać identyczność tekstu pol-
skiego z oryginałem. Ten zarzut w całej rozciągłości dotyczy wszystkich dotychczasowych edycji
arkusza 54 dotyczącego uziemień oraz wszelkich przewodów ochronnych i wyrównawczych.
Wprawdzie projektanta nowych instalacji interesuje najnowsza wersja normy, ale kto projektuje
przebudowę albo przeprowadza przeglądy istniejących instalacji, ten zmuszony jest korzystać z
poprzednich jej edycji. Pełny ich wykaz, ze wszystkimi istotnymi danymi, przedstawia się następu-
jąco:
PN-E-05009-54:1992
Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wy-
posażenia elektrycznego. Uziemienia i przewody ochronne. Data publikacji: 1992-09-15. Wprowa-
dza: IEC 364-5-54:1980/A1:1982 [IDT]. Data wycofania: 2001-12-03.
PN-IEC 60364-5-54:1999
Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych − Dobór i montaż
wyposażenia elektrycznego − Uziemienia i przewody ochronne. Data zatwierdzenia: 1999-11-16.
Data publikacji: 1999-11-16. Wprowadza: IEC 60364-5-54:1980 [IDT]. Zastępuje: PN-E-05009-
54:1992. Ważna do: 2009-06-01. Data wycofania: 2009-06-01.
PN-IEC 60364-5-548:2001
Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych − Dobór i mon-
taż wyposażenia elektrycznego − Układy uziemiające i połączenia wyrównawcze instalacji informa-
tycznych. Data zatwierdzenia: 2001-12-27. Data publikacji: 2001-12-27. Wprowadza: IEC 60364-
5-548:1999 [IDT]. Ważna do: 2009-06-01. Data wycofania: 2009-06-01.
PN-HD 60364-5-54:2007
Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych − Część 5-54:
Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego − Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń
ochronnych (oryg.). Data zatwierdzenia: 2007-05-10. Data publikacji: 2007-05-10. Wprowadza:
HD 60364-5-54:2007 [IDT]. Zastępuje: PN-IEC 60364-5-54:1999 oraz PN-IEC 60364-5-548:2001.
Ostateczny termin wycofania norm krajowych sprzecznych z niniejszym HD (dow): 2009-06-01.
Data wycofania: 2010-01-11.
PN-HD 60364-5-54:2010
Instalacje elektryczne niskiego napięcia − Część 5-54: Dobór
i montaż wyposażenia elektrycznego − Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń
ochronnych. Data zatwierdzenia: 2009-12-28. Data publikacji: 2010-01-11. Wprowadza: HD
60364-5-54:2007 [IDT]. Zastępuje: PN-HD 60364-5-54:2007 (oryg.). Ostateczny termin wycofania
norm krajowych sprzecznych z niniejszym HD (dow): 2009-06-01.
Ważniejsze błędy dwóch pierwszych polskojęzycznych edycji normy były opisane wcześniej
[5]. Ciekawe, że te dwie polskojęzyczne edycje o wyraźnie różniącej się treści są − według zapew-
nień PKN w postaci notki idt − identyczne z tym samym oryginałem IEC 364-5-54:1980/A1:1982,
a tak naprawdę żadna nie jest poprawnym tłumaczeniem oryginału. Errata do aktualnej polskoję-
zycznej edycji normy [12] jest załączona do niniejszego artykułu.
Aktualna norma PN-HD 60364-5-54:2010 została opublikowana 11 stycznia 2010 r. Nato-
miast już w marcu 2011 r. ukazała się 3. edycja normy źródłowej IEC (IEC 60364-5-54 ed.
3.0:2011-03), co zintensyfikuje proces nowelizacji dokumentu HD 60364-5-54:2007, a w następ-
stwie − normy PN-HD 60364-5-54:2010. To zagęszczenie terminów jest wynikiem naszej niepo-
radności, bo tłumaczenie ostatniej wersji normy trwało trzy lata, a jej żałosną jakość widać w załą-
czonej erracie.
2
2. Rola połączeń wyrównawczych w ochronie przeciwporażeniowej
Połączenia wyrównawcze
są to małooporowe połączenia elektryczne między różnymi czę-
ściami przewodzącymi sprawiające, że mają one zbliżony potencjał, czyli są to połączenia wyrów-
nujące potencjał. Mogą być one
celowo wykonane
, a mogą też być
naturalne
, zachodzące przez
metalowe elementy konstrukcyjne, również połączenia przypadkowe, niezamierzone.
Jeżeli to możliwe, to połączenia wyrównawcze powinny być
bezpośrednie
, powinny łączyć
galwanicznie określone części przewodzące przewodami wyrównawczymi i wtedy te łączone części
stale mają zbliżony potencjał. Tylko tak wykonuje się połączenia wyrównawcze ochronne, dla ce-
lów ochrony przeciwporażeniowej, a także połączenia wyrównawcze funkcjonalne.
Połączenia wyrównawcze
pośrednie
, za pomocą ograniczników przepięć, służą dla celów
ochrony odgromowej w przypadkach, kiedy w warunkach zakłóceniowych powinno dochodzić do
połączenia części przewodzących, między którymi występuje napięcie w normalnych warunkach
pracy. Na przykład odgromnik (ogranicznik przepięć 1. stopnia ochrony) włączony między prze-
wód fazowy (L) i przewód ochronny PE lub przewód uziemiający służy wyrównaniu ich potencjału
tylko krótkotrwale, w warunkach zakłóceniowych. Wyrównanie potencjału w tym przypadku jest
znacznie gorsze niż przy połączeniu bezpośrednim, bo do spadków napięcia na przewodach łączą-
cych dodaje się napięcie między zaciskami odgromnika przy zapłonie, a potem − przy przepływie
prądu wyładowczego.
Połączenia wyrównawcze mogą odgrywać określoną rolę w układach ochrony przeciwpora-
żeniowej, ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej, ochrony przeciwzakłóceniowej, ochrony
przeciwwybuchowej i przeciwpożarowej, ochrony przeciwkorozyjnej i ochrony przed elektryzacją
statyczną. Jeden i ten sam przewód wyrównawczy może jednocześnie służyć różnym celom, może
pełnić określoną rolę w dwóch i więcej systemach ochrony pod warunkiem, że spełnia wymagania
stawiane przez każdy z nich. Niestety, wymagania stawiane połączeniom wyrównawczym przez
poszczególne systemy ochrony nie są identyczne.
Jako przestrogę warto przypomnieć, że termin
połączenia wyrównawcze
jest w elektrotechni-
ce używany również poza techniką bezpieczeństwa, kiedy chodzi o wyrównanie potencjałów albo
wyrównanie rozpływu prądów. Na przykład w konstrukcji maszyn elektrycznych stosuje się połą-
czenia wyrównawcze między określonymi punktami uzwojenia maszyny, zmierzające do wyrów-
nania ich potencjałów, a równolegle pracujące prądnice szeregowo-bocznikowe prądu stałego,
w celu równomiernego obciążania się, wymagają połączenia wyrównawczego szeregowych uzwo-
jeń wzbudzenia.
L
N
PE
Rys. 1.
Ekwipotencjalizujący efekt połączeń
ochronnych PE w przypadku uszkodzenia izolacji
podstawowej w jednym z odbiorników
I
k1
− prąd zwarciowy płynący w przewodzie
ochronnym uszkodzonego odbiornika
I
a
− prąd wyłączający zabezpieczenia uszkodzo-
nego obwodu
R
PE
− rezystancja przewodu ochronnego poza
wspólnym torem zasilania obu obwodów
U
T
− największe napięcie dotykowe, między
częściami przewodzącymi dostępnymi obu
odbiorników, występujące krótkotrwale
U
Tlt
− największe napięcie dotykowe, między
częściami przewodzącymi dostępnymi obu
odbiorników, występujące długotrwale
I
a
I
>
I
>
R
PE
I
k1
U
T
=
I
k1
.
R
PE
U
Tlt
=
I
a
.
R
PE
3
Części przewodzące dostępne
urządzeń elektrycznych klasy ochronności I w razie uszko-
dzenia izolacji podstawowej mogą się znaleźć pod napięciem względem ziemi. Aby zagrożenie
z tego tytułu wystarczająco ograniczyć, są one połączone z uziemionym przewodem ochronnym
PE, który zamyka obwód prądu zwarciowego, a ten prąd z kolei pobudza odpowiednie zabezpie-
czenie nadprądowe lub różnicowoprądowe, co zapewnia wyłączenie obwodu w wymaganym czasie.
Jednoczesne dotknięcie części przewodzących dostępnych dwóch różnych urządzeń nie jest groźne,
bo jednocześnie dostępne części różnych urządzeń powinny być galwanicznie połączone przewo-
dami ochronnymi PE i przyłączone do tego samego uziemienia. Jeżeli długość obwodów i tym sa-
mym rezystancja przewodów ochronnych (
R
PE
na rys. 1) nie jest zbyt duża, to w rozważanym
przypadku pojedynczego uszkodzenia
zachodzi wystarczające wyrównanie potencjałów części
przewodzących dostępnych, które można jednocześnie dotknąć (rys. 1). Bezpieczeństwo rażeniowe
wystarczająco gwarantuje wtedy powszechnie stosowana
ochrona dodatkowa
(ochrona przy
uszkodzeniu) przez samoczynne wyłączanie zasilania. Jednakże można wskazać co najmniej dwie
sytuacje, kiedy to nie wystarcza.
W sąsiedztwie urządzeń elektrycznych mogą znajdować się
części przewodzące obce
, czyli
części przewodzące, nie wchodzące w skład instalacji elektrycznej, które mogą z zewnątrz wpro-
wadzać potencjał elektryczny, zwykle potencjał ziemi lokalnej. Są to przechodzące przez różne
kondygnacje i/lub przez różne pomieszczenia na tej samej kondygnacji, przewodzące rurociągi,
konstrukcje budowlane, również przewodzące podłogi i ściany. W miejscach zbliżeń można jedno-
cześnie dotknąć dwie różne części przewodzące obce albo część przewodzącą obcą i część przewo-
dzącą dostępną. Jeżeli gdziekolwiek w budynku w następstwie zwarcia na trasie przewodów − czyli
w przypadku pojedynczego uszkodzenia − którakolwiek z części przewodzących obcych (np. jakiś
rurociąg) znajdzie się pod napięciem względem ziemi, to w wielu miejscach budynku porażeniem
zagraża jednoczesne dotknięcie tej części oraz innej części przewodzącej obcej albo dowolnej czę-
ści przewodzącej dostępnej, uziemionej poprzez przyłączenie przewodu PE. Aby takie pojedyncze
uszkodzenie nie wprowadzało zagrożenia, potrzebne są
główne połączenia wyrównawcze
dla ca-
łego budynku, czyli galwaniczne połączenie wszelkich części przewodzących obcych ze sobą i z
przewodem ochronnym PE instalacji elektrycznej.
L
N
PE
I
>
I
Δ
>
Rys. 2.
Przypadek podwójnego uszkodzenia:
ochrony podstawowej (przebicie izolacji podsta-
wowej) oraz ochrony dodatkowej (przerwanie
przewodu ochronnego)
W warunkach szczególnego zagrożenia porażeniem, będących właściwością części 7 normy
60364, nie powinno dochodzić do groźnego porażenia nawet w
przypadku podwójnego uszko-
dzenia
o niepomijalnym prawdopodobieństwie wystąpienia. Chodzi zwłaszcza o uszkodzenie izo-
lacji podstawowej w sytuacji, kiedy naruszona jest − być może od dłuższego czasu − ciągłość prze-
wodów ochronnych PE (rys. 2). Ryzyko wypadku w takiej sytuacji mogą znacząco zredukować
miejscowe połączenia wyrównawcze
, wykonane poza połączeniami wyrównawczymi głównymi.
Są one stosowane w części budynku, obejmują tylko określone urządzenia i stanowią redundancję
4
w odniesieniu do połączeń ochronnych PE pod warunkiem, że
mają osobny zacisk wyrównawczy
i oddzielny przewód wyrównawczy osobno ułożony
.
Są też inne stany zakłóceniowe, kiedy połączenia wyrównawcze mogą zmniejszyć ryzyko
groźnego porażenia. W instalacji o układzie TT jest tak w razie pojedynczego uszkodzenia izolacji
podstawowej (zwarcie L-PE) w obwodzie niechronionym wyłącznikiem różnicowoprądowym
(rys. 3). Z kolei w instalacji TN jest tak w razie przerwania przewodu PEN w poprzedzającej sieci
rozdzielczej, zwłaszcza w pobliżu złącza, kiedy zostaje odcięta instalacja pojedynczego obiektu.
Niezależnie od układu sieci i instalacji jest tak w razie różnych uszkodzeń w poprzedzających sie-
ciach wysokiego napięcia, których skutki mogą przenosić się do sieci niskiego napięcia.
N
L
PE
TT 230/400 V
I
Δ
>
30 mA
1 A
długotrwale
1 A
.
200
Ω
= 200 V
R
A
= 200
Ω
Rys. 3.
Przykład długotrwale utrzymującego się zagrożenia porażeniowego w instalacji TT
Połączenia wyrównawcze nie zastępują ochrony dodatkowej (ochrony przy uszkodzeniu) wy-
korzystującej przewód ochronny PE, one ją uzupełniają i pozwalają zmniejszyć nieuniknione i ak-
ceptowalne ryzyko szczątkowe wypadków porażenia prądem elektrycznym. Jeżeli jednak połącze-
nia wyrównawcze są błędnie rozumiane, źle zaprojektowane i niewłaściwie wykonane, to − zamiast
pomagać − mogą szkodzić. Ostrzegają o tym, już na początku krótkiego rozdziału o połączeniach
wyrównawczych, kompetentni autorzy niemieckojęzycznej książki o bezpieczeństwie elektrycznym
[1], jak gdyby znali polskie ekscesy przepisowe w tej dziedzinie, zwłaszcza głupawe postanowienia
kolejnych wersji rozporządzenia o budynkach i ich usytuowaniu [8].
Przez wiele lat stosowania połączeń wyrównawczych traktowano je jako dodatek ważny i nie-
zbędny, ale wymykający się klasyfikacji systemów ochrony. W latach 1995-1996 podczas opraco-
wywania projektu polskich przepisów [4] zostały zakwalifikowane jako
ochrona przeciwporaże-
niowa uzupełniająca
w stosunku do środków ochrony dodatkowej dla urządzeń elektrycznych kla-
sy ochronności I. Mogą nie dopuścić do groźnego porażenia, kiedy ochrona podstawowa zawodzi,
a ochrona dodatkowa nie zapobiega rażeniu. Po dziesięciu latach tak zakwalifikowano połączenia
wyrównawcze miejscowe w dokumentach IEC 60364-4-41:2005 oraz HD 60364-4-41:2007, a na-
stępnie w Polskich Normach.
3. Połączenia wyrównawcze główne
Połączenia wyrównawcze główne w każdym zelektryfikowanym budynku są obecnie w Pol-
sce wymagane zarówno przez przepisy [8], jak i normy PN [10, 12], niezależnie od układu sieci
oraz instalacji (TN, TT, IT) i niezależnie od zastosowanych systemów ochrony przeciwporażenio-
wej. Mają stworzyć we wnętrzu budynku strefę ekwipotencjalną, ale jest to w pełni możliwe pod
warunkiem, że przewody ochronne PE, przyłączone do części przewodzących dostępnych, są uzie-
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

fotocafe.xlx.pl