Ochrona przeciwporażeniowa.doc

Ochrona przeciwporażeniowa

Spis treści:

ochrona przeciwporażeniowa
czynniki wpływające na stopień porażenia
rodzaje ochron przeciwporażeniowych
warunki środowiskowe
stopnie ochrony
klasy ochronności
układy sieci
przewody ochronne
uziemienia

 

1. Ochrona przeciwporażeniowa

1.1 Wybrane zagadnienia ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych do 1 kV

     Bezpieczeństwo elektryczne w użytkowanych instalacjach elektrycznych sprowadza się w zasadzie do zapewnienia ochrony przed następującymi zagrożeniami:

- porażeniem prądem elektrycznym,

- prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi,

- przepięciami łączeniowymi i pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych

- skutkami cieplnymi.

      Skuteczność ochrony przeciwporażeniowej przed wyżej wymienionymi zagrożeniami zależy od zastosowanych, w instalacjach elektrycznych, rozwiązań i środków technicznych. Miarą skuteczności ochrony przeciwporażeniowej jest liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym oraz liczba pożarów, będących następstwem wad lub nieprawidłowej eksploatacji instalacji elektrycznych.

      Z przeprowadzonych analiz wynika, że liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym w ciągu roku, przypadająca na jeden milion mieszkańców w Polsce zmniejszyła się z 9,5 w latach 1980 ¸ 1985 do 6,0 w latach 1991 ¸ 2004 z tendencją dalszego zmniejszania się w następnych latach. Jednak nadal liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym jest w Polsce 3 - 4-krotnie większa niż w krajach Zachodniej Europy. Liczba śmiertelnych wypadków poza statystycznym miejscem pracy, spowodowanych porażeniem prądem elektrycznym, w stosunku do ogółu śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym 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 rolniczych 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 elektryczną. 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.

      Zagrożeniem dla odbiorcy energii elektrycznej są przede wszystkim instalacje wykonane przewodami z aluminium, materiału o słabych właściwościach fizykochemicznych: niskiej temperaturze topnienia, dużej łamliwości i skłonnościach do pokrywania się tlenkiem powodującym, że połączenia wykonane przewodami aluminiowymi mają z upływem czasu coraz większy opór, przegrzewają się zwiększając straty. Te właściwości aluminiowych przewodów są najczęstszą przyczyną awarii instalacji: łamania, kruszenia i upalania się końcówek przewodów, a co się z tym wiąże - uciążliwych przerw w zasilaniu odbiorników. I chociaż od ponad 15 -tu lat instalacje wykonuje się wyłącznie z miedzi, która ma wysoką temperaturę topnienia i minimalną oporność, jest metalem o dobrych własnościach mechanicznych i dużej trwałości, to problem aluminiowych instalacji w Polsce nadal jest poważny. Pomimo potencjalnych zagrożeń dla zdrowia i życia człowieka, nadal użytkuje się ten rodzaj niebezpiecznych instalacji elektrycznych.

     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 „Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” oraz wymaganiom Polskiej Normy PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych”.

     Są to instalacje elektryczne nie w pełni sprawne, będące źródłem wyżej wymienionych zagrożeń.

Istnieje w związku z tym konieczność modernizacji instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych, w tym szczególnie w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych.

     W instalacjach modernizowanych lub nowo budowanych należy zapewnić konieczność realizacji nowych, preferowanych rozwiązań, które są objęte wymaganiami  Rozporządzenia Ministra Infrastruktury  z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny  odpowiadać budynki i ich usytuowanie  [ Dz.U.02.75.690 ogłoszony dnia 15 czerwca 2002 r.] oraz Polskich Norm przywołanych w Rozporządzeniu, w tym przede wszystkim wymaganiami normy PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych”.

Dalszą poprawę stanu bezpieczeństwa elektrycznego należy upatrywać przede wszystkim:

- w poprawie jakości produkowanych i użytkowanych urządzeń elektrycznych,

- w sferze norm i przepisów elektrycznych dla nowo budowanych, przebudowywanych i modernizowanych instalacji

  elektrycznych,

- w coraz powszechniejszym stosowaniu w odbiorczych instalacjach elektrycznych, wysokoczułych wyłączników

  różnicowoprądowych,

- w ogólnej poprawie kultury technicznej i coraz większej znajomości zagrożeń związanych z niewłaściwym wykonaniem

 i  użytkowaniem urządzeń i instalacji elektrycznych,

- w odpowiedzialności właścicieli i zarządców obiektów budowlanych za właściwe ich utrzymanie i użytkowanie zgodnie z

zasadami, o których mowa w art. 5 ust.2 oraz art. 62 ust. 1-6 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane.

     Przepisy ochrony przeciwporażeniowej, zawarte w normie PN-IEC 60364, są przede wszystkim 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.

1.2. Czynniki wpływające na stopień porażenia

Oddziaływanie prądu na organizm ludzki

Działanie pośrednie, powstające bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy, jak:

·         oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym,

·         groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym,

·         uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego,

·         uszkodzenia mechaniczne ciała w wyniku upadku z wysokości.

Działanie bezpośrednie – porażenie elektryczne wskutek przepływu prąciu elektrycznego przez ciało ludzkie ( prądu rażeniowego) może wywołać wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie (a nawet śmierć człowieka) poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych.

Porażenie elektryczne może objawiać się:

• odczuwaniem przepływu prądu, uczuciem bólu, lekkimi kurczami mięśni

• silnymi kurczami mięśni dłoni uniemożliwiającymi samouwolnienie się rażonego

• zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi

• zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi

• utratą przytomności

• migotaniem komór sercowych - bardzo groźnym dla życia człowieka

• oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała.

     Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się przerażeniem, bladością, drżeniem ciała lub kończyn, nadmiernym wydzielaniem potu, stanem apatii lub euforii. Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu. Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie - od kilku minut do kilku miesięcy.

Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:

Rodzaju prądu

     Badania wykazały, że ludzie są mniej wrażliwi na działanie prądu stałego (w zależności od kierunku jego przepływu) niż prądu przemiennego o takiej samej wartości, (w zależności od częstotliwości).

Czasu przepływu prądu

     Czas przepływu prądu rażeniowego przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki rażenia prądem elektrycznym,

a w szczególności na migotanie komór sercowych. Jeżeli czas przepływu nie przekracza 0,1 - 0,5 s, to następstwa rażenia są znacznie złagodzone, chociaż w pewnych warunkach środowiskowych mogą być bardzo groźne.

Drogi przepływu prądu przez ciało człowieka

     Droga przepływu prądu rażenia przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki porażenia prądem elektrycznym, przy czym największe znaczenie ma to jaka część prądu przepływa przez serce i przez układ oddechowy.
 

Przy przepływie prądu na drodze:

• ręka-ręka  - to przez serce przepływa 3,3% ogólnego prądu rażenia

• lewa ręka-nogi - to przez serce przepływa 3,7% ogólnego prądu rażenia

• prawa ręka-nogi - to przez serce przepływ 6,7% ogólnego prądu rażenia

• noga-noga  - to przez serce przepływa 0,4% ogólnego prądu rażenia

      Prawie dwukrotnie większy prąd przepływający przez serce na drodze prawa ręka - noga tłumaczy się tym, że oś podłużna serca leży właśnie na tej drodze.

Wartości natężenia prądu

     Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie stałym wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe. Wartość progowa pradu samouwolnienia przy prądzie przemiennym, przy której jest tu jeszcze praktycznie możliwe, wynosi 10 mA. (dla kobiet. 6 rnA);

Kondycji psychofizycznej człowieka

     Kondycja psychofizyczna człowieka ma duży wpływ na bezpieczeństwo porażenia, np. stan podniecenia porażonego powoduje wydzielanie się potu, a tym samym zmniejszenie rezystancji ciała i w konsekwencji wzrost natężenia  prądu rażenia. Takie stany psychiczne jak: roztargnienie, zdenerwowanie, zamroczenie alkoholem,   zmniejszają  zdolność   reagowania   porażonego  prądem elektrycznym. Stan fizyczny ma również wpływ na odporność organizmu, np. na stan osłabienia lub wyczerpania chorobowego.

Urazy spowodowane łukiem elektrycznym

     Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe jest to wyładowanie elektryczne w gazie (np, w powietrzu) o bardzo dużej wartości gęstości prądu (od 10 A/m2 do 100 kA/ m2). Łuk elektryczny powoduje jonizację gazu i termoemisję elektronów. Wskutek tego występuje strumień plazmy o bardzo dużej  temperaturze (10000 - 20000 K). Powstaje ciśnieniowa fala uderzeniowa, wywołana gwałtownym nagrzaniem się powietrza wzdłuż łuku, której siła uderzeniowa może osiągać wartość kilkudziesięciu kiloniutonów. Podczas łuku elektrycznego wytwarzane jest promieniowanie podczerwone (o długości fali 780 - 4000 nm) i nadfioletowe (200 - 380 nm). Łuk elektryczny może wystąpić podczas zwarć w urządzeniach elektrycznych bądź wskutek braku ostrożności lub błędów człowieka, np. podczas przerywania obwodów elektrycznych w szczególności:

 Łuk elektryczny powoduje urazy wskutek:

- działania fali uderzeniowej

- oddziaływania termicznego i termiczno-mechanicznego

-  promieniowania nadfioletowego i podczerwonego

-  wystąpienia tzw. rażenia skojarzonego.
 

Łuk elektryczny może powodować następujące urazy;

- uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub wskutek upadku

- oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku:

     I stopnia - przy gęstości energii 10 J/cm2, II stopnia - 20 J/cm2, III stopnia - 40 J/cm2

- uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego

- metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane  roztopionymi, gorącym cząstkami

     metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem gazów

- uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego

- ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego

- rozległe oparzenia, a nawet spalenia kończyn i innych części ciała ludzkiego, często kończące się śmiercią na skutek

     rażenia skojarzonego (prąd łuku elektrycznego przepływa przez ciało ludzkie).

Rażenia skojarzone zdarzają się w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, gdy człowiek zbliży się do urządzenia elektroenergetycznego na odległość, przy której możliwe jest przebicie warstwy izolacyjnej powietrza. Wtedy następuje wyładowanie iskrowe, które inicjuje wystąpienie łuku elektrycznego pomiędzy tym urządzeniem i najbliższą od urządzenia częścią ciała ludzkiego.

Strefy prądowo-czasowe reakcji patologicznych organizmu ludzkiego przy

rażeniu prądem elektrycznym

Fibrylacja komór sercowych

     Przepływ prądu elektrycznego bezpośrednio przez mięsień sercowy człowieka może spowodować zatrzymanie obiegu krwi wskutek wystąpienia fibrylacji (migotania) komór sercowych. Podczas fibrylacji komór sercowych ulega zmianie przebieg elektrokardiogramu i następuje spadek ciśnienia krwi. W zasadzie fibrylacja może nastąpić jedynie przy zaistnieniu bodźca elektrycznego w fazie względnej refrakcji pracy serca, odpowiadającej załomkowi T przebiegu EKG. Czas trwania tej fazy wynosi według różnych autorów 5-90 ms, a nawet do 150 ms. Jeżeli przepływ prądu przez serce rozpoczyna się w przedziale czasu między końcem fazy T a początkiem załomka Q, to może on wywołać tylko tzw. skurcz dodatkowy.

...