PROTECTIA IMPOTRIVA ELECTROCUTARII IN RETELE SI INSTALATII ELECTRICE DE JOASA TENSIUNE

PROTECŢIA IMPOTRIVA ELECTROCUTĂRII ÎN REŢELE sI INSTALAŢII ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE

17.1. CONSIDERAŢII GENERALE.

Categoria

Curentul

Timpul de trecere a curentului

Efectele produse

I

25mA

nedefinit

Cresterea usoara a presiunii sângelui, usoara tetanizare a mu&# 939i87j 351;chilor respiratori. Nu se semnaleaza urmari vatamatoare pentru sistemul circulator si inima.

II

25-80mA

25-30 s

Cresterea presiunii sângelui. Dereglarea respiratiei. Opri-rea momentana a inimii având ca urmare o functionare neregulata a inimii. Trecerea la fibrilatia inimii.

III

80mA-5A

0,1-0,3 s

Fibrilatia ireversibila a inimii.

IV

3-8A

nedefinit

Oprirea circulatiei sângelui si a inimii cu neregularitati. Oprirea circulatiei sângelui si a inimii cu neregularitati consecutive în functionarea inimii pe durate lungi ca în cazul categoriei a II-a; cresterea presiunii sângelui în timpul trecerii curentului; îmbolnavirea muschilor respiratori, arsuri.

Comparând sensibilitatea omului la curent continuu cu cea la curent alternativ, se constata ca la curent continuu nu apar convulsii si ca pot fi suportati curenti având o

valoare de 3 ori mai mare decât în cazul curentului alternativ.

Gradul de pericol

Curent continuu, V

Curent alternativ, V

17.2. POSIBILITĂŢI DE ELECTROCUTARE.

a)                                                     b)

	Ux = (l-x) * ro* I

 

Fig.17.12.

Aceasta tensiune (Ua1) devine U_pA , daca omul (k) se afla în zona de potential nul.

Daca omul se îndeparteaza de priza A si intra în zona de influenta a prizei B, atunci tensiunea de atingere devine în punctul F (de exemplu ) :

U_a2=U_pA+U_F (17.17)

Tensiunea de atingere are valoarea maxima, daca punctul F se suprapime cu punctul (B) si are valoarea :

U_amax-U_pA+U_pB (17.19)

(17.20)

si este variabila cu distanta x, fata de priza.

17.3. Mijloace de protectie .

Pe seama posibilitatilor de electrocutare prezentate în subcap.17.2., în cadrul acestui subcapitol se vor prezenta mijloacele individuale care permit evitarea unei electrocutari, evidentiindu-se de la caz la caz, aspectele de principiu care permit acest lucru.

Deoarece posibilitatile de electrocutare s-au grupat în doua categorii principale :

atingerea directa si atingerea indirecta, în continuare si mijloacele de protectie vor fi prezentate în conformitate cu aceeasi grupare.

17.3.1. Mijloace de protectie împotriva electrocutarii prin atingcre directa.

Protectia împotriva electrocutarii prin atingere directa se asigura cu mijloace tehnice, iar de la caz la caz si cu masuri organizatorice.

Masurile organizatorice pentru protectia împotriva electrocutâru prin atingere directâ, sunt urmatoarele:

a) inscriptionarea de avertizare a instalatnlor si echipamentelor electrice, sau prevederea cu placute avertizoare;

b) întocmirea formelor de lucru, conform reglementarilor;

c) organizarea locurilor de munca si esalonarea operatiilor în timpul lucrarilor;

d) vopsirea în diverse culori a cailor de curent pentru usurarea identificarii polilor, a fazelor, a conductoarelor de protectie.

Mijloace tehnice folosite pentru protectia împotriva electrocutarii prin atingere directa sunt urmatoarele :

a) acoperirile cu materiale izolante a partilor active (izolatia de lucm) ale instalatiilor si echipamentelor ;

b) închideri în carcase sau acoperiri cu învelisuri exterioare. Gradul de protectie minim admis pentru aparate si echipamente electrice se stabileste în conformitate cu specificul locului de montare. Asa cum se cunoaste (cap.13.) materialele si aparatele electrice sunt caracterizate si prin gradele de protectie;

c) îngradiri fixe;

d) îngradiri mobile;

e) protectia prin amplasare (distante mimme de protectie);

f) scoaterea de sub tensiune în vederea efectuarii lucrârilor de întretmere si reparatii;

g) legari la pamâiit si în scurtcircmt direct sau prin eclatoare sau descarcatoare;

h) folosirea mijloacelor de protectie electroizolante, atât în cazul lucrului cu mstalatia sub tensiune, cât si când este scoasa de sub tensiune. i) alimentarea la tensiune redusa;

j) egalizarea potentialelor si izolarea fata de pamânt a platformei de lucru.

Ultimile doua mijloace de protectie se pot aplica si pentru protectia împotriva

electrocutarii prin atingere indirecta.

17.3.2. Mijloace de protectie împotriva electrocntarii

Protectia împothva electrocutarii pnn atmgere mdirecta se realizeaza numai prm urmatoarele mijloace tehnice ;

a) alimentarea la tensiune redusa;

b) izolarea suplimentara de protectie a echipamentului sau a amplasamentului;

c) separarea de protectie;

d) egalizarea (uniformizarea) potentialelor;

e) legarea la pamânt (priza de pamânt);

f) legarea la nul (conductorul de nul)

g) deconectarea automata a sectorului defect;

h) controlul permanent al izolatiei;

i) folosirea mijloacelor de protectie electroizolante.

n continuare, se vor analiza mijloacele tehnice de protectie împotriva electrocutarii prin atingere indirecta.

17.3.2.1. Alimentarea la tensiune redusa

Se poate aplica în orice situatie justificata economic, fiind singurul mijloc care nu se asociaza si cu un alt mijloc de protectie pentru a se realiza un sistem de protectie.

Valorile tensiunilor nepericuloase, asa cum s-a prezentat anterior, sunt de max.

42 V c.a. si 60 V c.c.. Aceste valori se pot obtine numai prin intermediul unor transformatoare electrice coborâtoare sau de la grupuri electrogene ; reteaua electrica cu tensiune redusa este izolata fata de pamânt (simbol I).

Datorita investitiei suplimentare necesare obtmerii tensiunii reduse, acest mijloc se aplica de regula local ( de exemplu : în subsolul blocurilor, unele echipamente medicale. etc.).

17.3.2.2. Izolarea suplimentara.

Protectia prin izolare suplimentara se bazeaza pe faptul ca intensitatea curentului ce strabate corpul omenesc scade atunci când impedanta electrica a circuitului electric creste : Ih = U/Zh (17.21)

Un efect identic se obtine daca în serie cu corpul omului, se introduc elemente izolatoare de protectie, cu rezistente electrice de valoare ridicata.

Izolarea de protectie are scop exclusiv de protectie împotriva electrocutarilor prin atingere indirecta si se aplica suplimentar fata de izolarea de lucru la utilajul electric sau la amplasamentul omului. Prin izolare de lucru se întelege izolarea prevazuta pentru buna functionare a utilajului, corespunzatoare treptei de tensiune nominale.

Izolarea suplimentara de protectie se poate realiza prin :

- izolarea suplimentara a echipamentului electric ;

- izolarea amplasamentului în care omul îsi desfasoara munca.

1) izolarea suplimentara a echipamentului electric se poate executa :

Inlocuind Ih/ Rh în ( 17.22.') rezulta :

Rs = R_h U/U_h- 1) (17.23.)

iar conditia pentru asigurarea protectiei devine :

R_s>R_h(U/U_h-l) (17.24)

Pentru U_h ⁼ U_a ⁼ 65V, pentru R_h ⁼ 3000Q, rezulta R_s > 7000 . Impunând pentru I_h valoarea de 5 mA din aceeasi relatie rezulta R_s > 50000

17.3.2.3. Separarea de protectie.

Asa cum s-a aratat în par.17.2.2.2., si 17.2.3.2, atingerea directa sau indirecta, într-o retea cu neutrul izolat este nepericuloasa, daca rezistenta de izolatie are valoare corespunzatoare (17.12.).

Ca urmare, în cazuri deosebite, un anumit echipament (echipamente de redresare) se poate alimenta de la o retea electrica cu neutrul izolat.

0 asemenea retea se poate constitui prin intermediul unui transformator de separare cu raport de transformare unitar. Acesta are înfâsurarea primara racordata la reteaua electrica trifazata cu neutrul legat la pamânt (neutrul accesibil) iar secundarul sau este cu neutrul izolat si ca urmare, reteaua electrica ce o va alimenta va fi cu neutrul izolat. Daca nivelul de izolatie al acestei retele va fi corespunzator (1712), atunci atingerea directa sau indirecta, va fi nepericuloasa.

Separarea de protectie se aplica în afara situatiei de mai sus si în cazul utilajelor

portative, de puteri mari, care nu pot fi alimentate la tensiune redusa. De asemeni, acest rnijloc de protectie se aplica si în domeniul constructiei de nave, unde mijloacele de protectie care necesita o legatura de protectie nu asigura siguranta necesara.

17.3.2.4. Uniformizarea potentialelor.

17.3.2.5. Protectia prin legarea la pamânt.

17.3.2.5.1. Legarea la pamânt în retele cu neutrul izolat.

Conform STAS 8275-87, acest mijloc de protectie este defnit ca "Schema IT". schema în care toate partile active ale sursei sunt izolate fata de pamânt (I) sau punctul neutru al acestei surse este legat la pamânt printr-o impedanta de valoare mare, iar masele (carcasele) echipamentelor sau utilajelor sunt legate la pamânt (T).

Acest mijloc de protectie are scopul de a coborâ tensiunea fata de pamânt pâna la o valoare nepericuloasa pentru toate partile metalice din instalatie, care în mod normal nu sunt sub tensiune, dar care au capatat o tensiune în mod accidental, ca urmare a unui defect de izolatie. Se aplica atât în retelele cu neutrul izolat cât si în retelele cu neutrul legat la pamânt.

a) - Punere monofazata la pamânt.

La priza de pamânt( cu rezistenta r_p ) se leaga toate elementele unei instalatii care pot fi puse accidental sub tensiune, fig.17.15.

Pentru usurinta stabilirii expresiilor analitice se opereaza cu conductante electrice. Pe seama fig.17.15, rezulta :

(17.25)

(17.26)

g_p= 1/r_p

a) b) c)

Fig.17.15

Deci:

iar curentul de trecere prin corpul uman :

Deoarece g_p>>( g₁+g₂+g_h) rezulta :

În concluzie, atingerea monofazata este nepericuloasa, daca rezistenta de izolatie

( r_1,2 = 1/g_1,2) este mare si daca rezistenta de legare la pamânt este mica ( r_p = 1/g_p).

b)- Punerea bifazata la pamânt a doua faze prin doua carcase legate fiecare prin rezistenta proprie la pamânt, fig17.16.

Curentul de punere la pamânt va avea valoarea (se neglijeaza rezistentele r₁ si r₂) :

Tensiunile de atingere maxime pe carcasele celor doua utilaje sunt :

Pentru valori diferite ale rezistentelor de faza r₁ si r₂ si pentru o legatura de egalizare de valoare r_c, rezistenta echivalenta a circuitului va fi (fig.17.17.) :

iar curentul are valoarea :

iar curentul prin pamânt I_p :

Fig.17.17.

Ca urmare, din (17.35.) si (17.36.), rezulta :

(17.37.)

Deci, valorile tensiunilor de atingere depind direct proportional de rezistenta r_c a conductorului de legatura dintre carcase si de valoarea rezistentei de legare la pamânt.

Daca r_c = ∞ atunci:

si depind numai de valorile lui r_p1 si r_p2.

17.3.2.5.2. Legarea la pamânt în retele cu neutrul legat la pamânt.

Conform aceluiasi STAS 8275-87, acest mijloc reprezinta "schema TT", schema în care cel putin un punct al partilor active ale sursei este legat la o priza de pamânt, direct sau printr-o rezistenta de valoare mica ( T) , iar carcasele echipamentelor sau utilajelor electrice sunt legate la o priza de pamânt (T).

În acest caz, figura 17.17., la un defect de izolatie fata de carcasa [27;31], curentul de defect I_d are expresia :

Fig.17.17.

Daca se poate neglija rezistenta conductorului de faza (R1) si în lipsa atingerii indirecte ( R_h=∞), atunci :

U_f = I_d(R₀+R_p) = 220 V (17.42.)

Respectiv :

Deci suma caderilor de tensiune (tensiunilor de atingere) pe cele doua prize de pamânt este o constanta. Ca urmare, daca una dintre ele se reduce la o valoare nepericuloasa (40 V), atuncicealalta are valoarea complementara în raport cu U_f= 220V, (adica 170V) si va fi foarte periculoasa.

Aceasta constatare este motivul pentru care legarea la pamânt nu se aplica ca mijloc de protectie de baza în retelele cu neutrul legat la pamânt.

Pentru ca tensiunea de atingere U_ap sa aiba o valoare nepericuloasa, se impune ca rezistenta R_p sa aiba o valoare cât mai mica în raport cu R_o.

De regula, este dificil sa se obtina valori mici pentru R_p, acesta fiind un alt motiv care limiteaza aplicarea acestui mijloc de protectie în retelele cu neutrul legat la pamânt.

Evident, aplicarea acestui mijloc de protectie, reduce pericolul unei electrocutari si prin reducerea duratei de existenta a tensiunii de atingere, la durata de actionare a aparatelor de protectie (AP, fig.17.17.) parcuse de curentul de defect I_d, durata care

poate fi stabilita la mai putin de 0.2 secunde.

17.3.2.6. Protectia prin legare la nul

Asa cum s-a aratat în par.17.3.2.5. evitarea electrocutarii, se poate obtine prin :

- reducerea tensiunii de atingere la valori nepericuloase (sub 40 V) prin divizarea tensiunii de faza pe mai multe rezistente (Rp si Ro ; Rp si rezistenta de izolatie);

- reducerea duratei pericolului de electrocutare, prin deconecterea automata a zonei cu defect, în intervale de timp mai mici de 0,2 secunde.

Deoarece legarea la pamânt are dezavantajele mentionate anterior, s-au cautat si alte solutii de reducere a tensiunii de atingere, corelate cu deconectarea zonei cu defect determinata de curentul de defect.

O asemenea solutie, o reprezinta legarea la NEUTRUL sistemului electric trifazat. Prin definitie (STAS 8275-87), neutrul unui sistem electric este "punctul comun al partilor active ale sursei de tensiune ale carei diferente de potential în valori absolute, fata de fiecare conductor activ ( faza) sunt egale în functionare normala". Conform aceluiasi normativ, nulul este " neutrul legat la o priza de pamânt printr-o rezistenta electrica neglijabila" .

Deci, în principiu, protectia la electrocutare se asigura prin legarea la neutrul sistemului electric trifazat. Deoarece, conform aceluiasi normativ, neutrul, accesibil din considerente tehnice (accesibilitatea tensiunii de faza la receptori) se impune sa fie legat la pamânt, capata denumirea de nul.

Conform STAS 8275-87, acest mijloc de protectie este definit ca " schema TN, schema în care cel putin punctul neutru al sursei este legat la priza de pâmânt ( T), iar masele (carcasele) utilajelor si echipamentelor electrice sunt legate la nul (N).

Prin legarea carcaselor receptoarelor la conductorul de nul (N) (care face legatura cu neutrul sistemului electric) orice defect de izolatie între o faza si carcasa reprezinta un scurtcircuit monofazat. Situatia este similarâ cu cea din fig. 17.17., cu deosebirea ca " întoarcerea" curentului de scurtcircuit monofazat (I<i) are loc prin conductorul de nul si

nu prin pamânt. Conform fig.17.19. legarea la pamânt a neutrului prin Ro permite expunerea, prin atingere indirecta , la caderea de tensiune de pe conductorul de nul. In acest caz, relatia (17.42) devine :

Ur=Id(r_f+r_N)=220V    (17.43.)

tensiunea la care se expune prin atingere indirecta organismul uman (Ua) are valoarea : U_a = r_N I_d < 40V (17.44.)

Din (17.43.) si (17.44.) rezulta : R_f>4.5 r_N (17.45.)

Respectiv    S_N>4.5S_f (17.45')

Pentru ca tensiunea de atingere sa fie nepericuloasa.

Iar curentul prin organismul uman va fi : I_h=

Evident, asigurarea acestei conditii, prin marirea efectiva a sectiunii conductorului de nul, este neeconomica.

Fig.17.19.

Problemele protectiei prin legare la nul.

Asa cum s-a aratat, legarea la nul se foloseste ca mijloc de protectie împotriva electrocutarii, în retelele în care se impune ca neutrul sistemului electric trifazat sa fie accesibil pentru a fi accesibila tensiunea de faza, necesara alimentarii receptorilor monofazati (corpuri de iluminat su prize monofazate). Evident, de la aceste sisteme electrice, sunt alimentati si receptorii trifazati (acestia din punct de vedere tehnic, nu au nevoie de conuctorul de nul).

Protectia prin legare la nul se asigura însa prin legarea la conductorul de nul (N) a carcaselor tuturor receptorilor (mono si trifazati), fig.17.20.

Fig.17.20.

Ca urmare, daca în timp ce un receptor monofazat este alimentat, conductorul de nul se întrerupe în amonte de acest receptor, portiunea de conductor de nul din aval de întrerupere si ca urmare si toate carcasele legate la el, capata potentialul fazei, o eventuala atingere a oricarei carcase ( eveniment foarte posibil) fiind foarte periculoasa (deoarece neutrul este legat la pamânt prin R₀).

Aceasta situatie este una din problemele protectiei prin legare la nul.

Evitarea acestei situatii, se obtine prin asigurarea niântreruptibilitatii nulului.

Aceasta cerinta se poate asigura astfel :

- prin legarea repetata la pamânt a conductorului de nul prin r_p, iar Ro va

reprezenta si cea mai apropiata legatura repetata la pamânt, fata de sursa : prin legarile repetate la pamânt se reduce si rezistenta echivalenta a caii de întoarcere a curentului de defect, asigurând conditia (17.45);

- deoarece în retelele monofazate nulul de lucru ( folosit la alimentarea

receptorilor monofazati) este trecut m unele cazuri si prin aparate de protectie sau conectere si ca urmare, creste probabilitatea întreruperii lui, se impune ca nulul folosit în scop de protectie (PE) sa fie diferit de cel de lucru (PN) si astfel sa scada sensibil posibilitatea întreruperii lui.

Existenta separata a PE fata de PN, se impune si din cea dea doua problema a protectiei prin legare la nul.

Deoarece în prizele monofazate fisele de alimentare a receptorilor monofazati se pot introduce în orice pozitie ( cele trifazate sunt unipozitionale), carcasa receptorului nu se poate lega la nulul de lucru (PN), deoarece pe una din pozitiile de introducere a fisei, carcasa ar fi conectata direct la tensiunea de faza fig. 17.21 .b.

Pentru a se evita aceasta situatie, în urma careia carcasele tuturor receptorilor conectati la PN, ar capata potentialul fazei, s-a adoptat solutia separarii conductorului de nul de lucru (PN) de cel de nul de protectie ( PE),fig.l8.21.c. Prizele monofazate prevazute cu contact de protectie (CP) sunt astfel executate încât, pe fiecare din cele doua pozitii posibile de introducere a fisei (care are si ea contact de protectie bipozitional), în prima instanta se realizeaza conectarea la PE si apoi la F si PN.

In principiu, din punct de vedere electric PN si PE sunt identice, separarea lor fiind impusa din cerinta de asigurare a neântreruptibilitatii conductorului de nul de protectie (PE) care are rolul de protectie împotriva electrocutarii si îndeosebi de existenta receptorilor monofazati.

În conformitate cu normativele de protectie împotriva electrocutarii, de la caz la caz, PN si PE pot fi independente de la sursa pâna la fiecare circuit monofazat de iluminat sau prize, sau pot avea si portiuni comune, situatie în care se marcheaza prin simbolul (PEN).

Cel mai apropiat punct dintr-o schema electrica, în raport cu receptorii, de la care se impune separarea PN de PE îl reprezinta tabloul electric secundar ( TS), cu conditia ca în punctul de separare a celor doua conductoare de nul sa existe o legatura repetata a acestora la pamânt. Deoarece, de regula, nu toate circuitele monofazate de prize alimenteaza receptori monofazati la care se impune asigurarea protectiei împotriva electrocutarii, conductorul de nul de protectie ( PE) se prevede numai pe anumite circuite ( de ex. în locuinte circuitele pentru prizele monofazate din bucatarii si de lânga

a) b) c)

Fig. 17.21.

în care se considera ca nu se folosesc receptori electrocasnici care ar prezenta pericolul unei atingeri indirecte si ca urmare, nu sunt prevazute cu PE). La nivelul coloanelor electrice ( care alimenteaza TP si TS din TG) ca nul de protectie se foloseste un conductor al cablului sau marrtaua acestuia daca asigura cerinte de continuitate electrica. Când nulul de protectie PE este comun cu PN sau este o cale de curent componenta a unui cablu ce contine conductoarele de faze si de nul de lucru ( 3F + N) conductoml de nul de protectie se considera ca este izolat. In unele situatii PE poate fi si neizolat, respectiv în cazul unui consumator cu post de transformare propriu si desfasurat pe o suprafata mai restrânsa. In acest caz, PE este executat din conductor neizolat ( banda de OL) si astfel pozat încât sa fie accesibil carcaselor tuturor receptorilor, fig.17.22, la aceasta legându-se borna de nul de protectie a fiecarei carcase.

Pe seama celor de mai sus rezulta ca la schemele electrice generale pentru alimentarea receptorilor de iluminat si prize, coloanele electrice se vor executa cu cabluri electrice trifazate si cu un conductor comun pentru nul de lucm si de protectie (PEN), deci vor avea patm conductoare. La nivelul schemei secundare, circuitele de iluminat se executa de regula cu douâ conductoare (în unele cazuri se inpune asigurarea protectiei împotriva electrocutarii si pentru corpurile de iluminat), iar cele de prize pot fi, asa cum s-a aratat, cu sau fara PE, deci cu doua (F+PN) sau trei conductoare (F+PN +PE).

Fig. 17.22.

contin conductorul de nul de lucru (PN), daca acesti receptori sunt trifazati simetrici, dar pot fi prevazute cu conductor de nul de protectie (PE) ce se va lega la borna de nul a carcasei fiecarui receptor. Ca urmare, legaturile electrice se vor executa cu cabluri cu patru conductoare. Evident, daca utilajul electric trifazat este prevazut si cu receptori monofazati.

Acestea au fost cele doua probleme ale protectiei prin legare la nul, care au determinat executarea separata a PN de PE.

Exista si o a treia problema a acestui mijloc de protectie, însa în dependenta cu legarea la pamânt.Astfel, daca doi consumatori alimentati de la acelasi post de transformare (PT), folosesc, unul protectia prin legare la nul, iar celalalt protectia prin legare la pamânt. fig. 17.23. si daca la acesta din urma se produce un defect de izolatie, carcasa utilajului capata tensiunea de atingere U_a1 < 40, nepericuloasa. Însa, caderea de tensiune pe R₀,asa cum s-a aratat,va fi de 170 V, complementara în raport cu Uf = 220 V

Din acest motiv se interzice practicarea celor doua mijloace de protectie, individual, de catre doi consumatori alimentati de la acelasi PT.

Fig.17.23.