Projekt okładki i stron tytułowych: Piotr Fedorczyk

Ilustracje na okładce: Piotr Fedorczyk

Wydawca: Adam Filutowski

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redaktor: Irena Puchalska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Dział reklamy: Magdalena Lewocka (magdalena.lewocka@pwn.pl)
Urszula Obrycka (urszula.obrycka@pwn.pl)

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.
Michał Latusek

Recenzent: dr hab. inż. Waldemar Dołęga
profesor uczelni, Politechnika Wrocławska

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2023

ISBN 978-83-01-22876-7

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2023r. (Wydanie I)
Warszawa 2023

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Fragment

Terminy, oznaczenia, definicje

1. Wstęp

2. Skutki przepływu prądu przez człowieka i dopuszczalne napięcia dotykowe

2.1. Impedancja ciała człowieka

2.2. Prąd przemienny sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz

2.3. Prąd o podwyższonej częstotliwości

2.4. Próg migotania komór serca przy prądzie przemiennym zawierającym wyższe harmoniczne

2.5. Prąd jednokierunkowy

2.5.1. Prąd stały o pomijalnym tętnieniu

2.5.2. Prąd półfalowy

2.6. Superpozycja prądu przemiennego sinusoidalnego i prądu stałego o pomijalnym tętnieniu

2.7. Napięcie dotykowe i napięcie krokowe

3. Przepisy, normy i ogólne zasady ochrony przeciwporażeniowej

4. Środki ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych

4.1. Wprowadzenie

4.2. Ochrona podstawowa

4.3. Ochrona przy uszkodzeniu

4.3.1. Podział środków ochrony

4.3.2. Samoczynne wyłączanie zasilania

4.3.3. Izolacja podwójna lub wzmocniona

4.3.4. Separacja elektryczna

4.3.5. Izolowanie stanowiska

4.3.6. Bardzo niskie napięcie SELV lub PELV

4.4. Ochrona uzupełniająca

5. Wybrane instalacje elektryczne specjalne

5.1. Pomieszczenia wyposażone w wannę lub prysznic

5.2. Place budowy i robót rozbiórkowych

5.3. Gospodarstwa rolnicze i ogrodnicze

5.4. Systemy fotowoltaiczne

5.5. Instalacje ładowania pojazdów elektrycznych

5.6. Instalacje w strefie oddziaływania sieci trakcyjnej DC 3 kV

6. Sieci rozdzielcze

6.1. Ochrona podstawowa

6.2. Ochrona przy uszkodzeniu

6.3. Uziemienia w stacjach elektroenergetycznych SN/nn

7. Zabezpieczenia

7.1. Wprowadzenie

7.2. Bezpieczniki

7.3. Wyłączniki nadprądowe

7.4. Wyłączniki różnicowoprądowe

7.4.1. Wprowadzenie

7.4.2. Budowa, zasada działania i podstawowe parametry

7.4.3. Obowiązek stosowania wyłączników różnicowoprądowych

7.4.4. Wyłączniki różnicowoprądowe w obwodach o prądach różnicowych odkształconych

7.5. Urządzenia do detekcji zwarć łukowych

8. Sprawdzanie stanu ochrony przeciwporażeniowej

8.1. Wprowadzenie

8.2. Oględziny

8.3. Próby i pomiary

8.3.1. Wprowadzenie

8.3.2. Sprawdzanie ciągłości przewodów

8.3.3. Pomiar rezystancji izolacji instalacji elektrycznej

8.3.4. Sprawdzanie obwodów SELV i PELV

8.3.5. Sprawdzanie separacji elektrycznej

8.3.6. Pomiar impedancji podłóg i ścian

8.3.7. Sprawdzanie samoczynnego wyłączania zasilania

8.3.8. Pomiary napięć dotykowych

8.3.9. Sprawdzanie ochrony uzupełniającej

8.3.10. Inne pomiary

Literatura

O Autorze

Przypisy

Pozostałe rozdziały dostępne w pełnej wersji e-booka.

Terminy, oznaczenia, definicje

Termin/oznaczenie

Źródło

Definicja

wartość nominalna

IEV* 151-16-09

wartość parametru (zwykle zaokrąglona) elementu, urządzenia, wyposażenia lub systemu służąca do jego identyfikacji, niezależna od warunków użytkowania

Przykład

Linia rozdzielcza niskiego napięcia ma napięcie nominalne 400 V niezależnie od warunków jej użytkowania (temperatury otoczenia, obciążenia itp.)

wartość znamionowa

IEV 151-16-08

wartość parametru (zwykle zaokrąglona) elementu, urządzenia, wyposażenia lub systemu przypisana do określonych warunków użytkowania

Przykład

Danemu silnikowi elektrycznemu można przypisać różne wartości mocy znamionowej w zależności od trybu pracy, temperatury otoczenia lub innych warunków eksploatacji

napięcie niskie (nn)

IEV 601-01-26

PN-EN 50122-1

napięcia o wartości nieprzekraczającej AC 1000 V

napięcie nominalne nieprzekraczające AC 1000 V lub DC 1500 V

napięcie bardzo niskie
(ELV)

IEV 826-12-30

napięcie nieprzekraczające wartości granicznej określonej w normie IEC 60449

Uwaga
Przyjmuje się następujące wartości graniczne napięcia bardzo niskiego:

• 50 V − napięcie przemienne sinusoidalne (wartość skuteczna)

• 120 V − napięcie stałe o pomijalnym tętnieniu

Safety Extra-Low Voltage

(SELV)

Iet-120

IEV 195-06-28

obwód napięcia bardzo niskiego, bez uziemienia jakiejkolwiek części czynnej, zasilany ze źródła bezpiecznego, zapewniający niezawodne oddzielenie elektryczne od innych obwodów i od ziemi;
system elektryczny, w którym napięcie bardzo niskie nie jest przekroczone ani w warunkach normalnych (w braku uszkodzenia), ani przy pojedynczym uszkodzeniu

Protective Extra-Low Voltage

(PELV)

Iet-120

IEV 195-06-29

obwód napięcia bardzo niskiego, z uziemieniem części czynnej, zasilany ze źródła bezpiecznego, zapewniający niezawodne oddzielenie elektryczne od innych obwodów;

system elektryczny, w którym napięcie bardzo niskie nie jest przekroczone ani w warunkach normalnych (w braku uszkodzenia), ani przy pojedynczym uszkodzeniu

przewód liniowy; przewód fazowy (termin niezalecany)

(oznaczenie L)

IEV 826-14-09

przewód pod napięciem w warunkach normalnego użytkowania, który może uczestniczyć w przesyłaniu energii, ale nie jest przewodem neutralnym ani przewodem środkowym

przewód neutralny

(oznaczenie N)

IEV 826-14-07

przewód przyłączony do punktu neutralnego układu, mogący uczestniczyć w przesyłaniu energii elektrycznej

przewód środkowy

(oznaczenie M)

IEV 826-14-08

przewód przyłączony do punktu środkowego układu, mogący uczestniczyć w przesyłaniu energii elektrycznej

przewód ochronny

(oznaczenie PE)

IEV 826-13-22

przewód przewidziany do celów bezpieczeństwa, np. do ochrony przeciwporażeniowej

przewód PEN;
przewód ochronno-neutralny

(oznaczenie PEN)

IEV 826-13-25

przewód łączący funkcje uziemionego przewodu ochronnego i przewodu neutralnego

TN-S
TN-C
TN-C-S
TT
IT
(oznaczenia układów sieci niskiego napięcia)

PN-HD 60364-1

pierwsza litera – powiązanie źródła zasilania z ziemią:
T – bezpośrednie połączenie z ziemią jednego punktu (zwykle punktu neutralnego, a jeżeli jest on niedostępny, to przewodu liniowego)
I – części czynne izolowane od ziemi lub jeden punkt połączony z ziemią przez dużą impedancję

druga litera – powiązanie części przewodzących dostępnych instalacji (u odbiorców) z ziemią:
T – bezpośrednie połączenie części przewodzących dostępnych z ziemią, z uziomem niezależnym od uziomu źródła zasilania
N – bezpośrednie połączenie części przewodzących dostępnych z uziemionym punktem źródła zasilania sieci

kolejna(e) litera(y) – powiązanie przewodu ochronnego z przewodem neutralnym:
S – niezależne przewody: ochronny PE i neutralny N
C – wspólny przewód (ochronno-neutralny PEN) zapewniający funkcję zarówno ochronną, jak i przewodu neutralnego

porażenie prądem elektrycznym

IEV 826-12-01

skutki patofizjologiczne wywołane przepływem prądu elektrycznego przez ciało człowieka lub zwierzęcia

ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym;
ochrona przeciwporażeniowa

IEV 826-12-02

środki zmniejszające ryzyko porażenia prądem elektrycznym

napięcie dotykowe spodziewane

IEV 826-11-03
IEV 195-05-09

napięcie między częściami przewodzącymi jednocześnie dostępnymi, gdy tych części nie dotyka człowiek lub zwierzę

napięcie dotykowe rażeniowe;
napięcie dotykowe rzeczywiste

IEV 826-11-05
IEV 195-05-11

napięcie między częściami przewodzącymi jednocześnie dostępnymi, gdy tych części dotyka człowiek lub zwierzę

Uwaga
Jest to iloczyn prądu rażeniowego i impedancji ciała

napięcie dotykowe spodziewane dopuszczalne;
napięcie dotykowe graniczne umowne

IEV 826-11-04
IEV 195-05-10

największe napięcie dotykowe spodziewane, które jest dopuszczalne długotrwale w określonych warunkach środowiskowych

napięcie krokowe

IEV 195-05-12

napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi

Uwaga
Zazwyczaj przyjmuje się odległość między tymi dwoma punktami równą 1 m

część czynna

IEV 195-02-19

przewód lub inna część przewodząca mogąca być pod napięciem w normalnym użytkowaniu

Uwaga
Częścią czynną jest przewód liniowy L, przewód neutralny N, przewód środkowy M, ale nie jest nią przewód PEN

część przewodząca dostępna

IEV 195-06-10

część przewodząca urządzenia elektrycznego, której można dotknąć i która normalnie nie jest pod napięciem, ale może być pod napięciem w razie uszkodzenia izolacji podstawowej

Uwaga
Częściami przewodzącymi dostępnymi są zwykle metalowe obudowy odbiorników elektrycznych

część przewodząca obca

IEV 195-06-11

część przewodząca, która nie jest częścią instalacji elektrycznej i może wprowadzić potencjał elektryczny, zwykle potencjał ziemi lokalnej

Uwaga
Częścią przewodzącą obcą może być metalowa instalacja ogrzewcza w budynku lub jego metalowa konstrukcja

dotyk bezpośredni

IEV 195-06-03

dotknięcie części czynnych przez człowieka lub zwierzę

ochrona przeciwporażeniowa podstawowa; ochrona przed dotykiem bezpośrednim

IEV 195-06-01

ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym w warunkach normalnych (w braku uszkodzenia)

dotyk pośredni

IEV 195-06-04

dotknięcie części przewodzących dostępnych przez człowieka lub zwierzę, które znalazły się pod napięciem w wyniku uszkodzenia

ochrona przy uszkodzeniu (zakłóceniu); ochrona przy dotyku pośrednim; ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa

IEV 195-06-02

ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym w warunkach pojedynczego uszkodzenia

ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca

IEV 195-06-22

Iet-120

środki ochrony zastosowane dodatkowo w stosunku do środków ochrony podstawowej i/lub środków ochrony przy uszkodzeniu

środki chroniące przed porażeniem w przypadkach, kiedy ochrona podstawowa zawodzi lub zostaje ominięta, a ochrona przy uszkodzeniu nie zapobiega rażeniu

Uwaga
W ramach ochrony przeciwporażeniowej uzupełniającej powszechnie stosuje się wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym zadziałania nie większym niż 30 mA. W wielu obwodach takich wyłączników wymaga norma wieloarkuszowa PN-HD 60364

prąd uszkodzeniowy doziemny;
prąd zwarcia doziemnego

IEV 442-01-23
IEV 195-05-23

prąd płynący do ziemi w wyniku uszkodzenia izolacji

Uwaga
W literaturze spotyka się też termin prąd ziemnozwarciowy. W niniejszej książce stosuje się go zamiennie z dwoma terminami podanymi w słowniku IEV

prąd upływowy

PN-EN 61008-1

prąd płynący od części czynnych do ziemi, gdy nie występuje uszkodzenie izolacji

prąd różnicowy

IEV 826-11-19

suma algebraiczna wartości prądów we wszystkich przewodach czynnych w tej samej chwili w danym punkcie obwodu instalacji elektrycznej

prąd różnicowy zadziałania

IEV 442-05-20

wartość prądu różnicowego powodująca zadziałanie urządzenia różnicowoprądowego w określonych warunkach

prąd różnicowy niezadziałania

IEV 442-05-21

wartość prądu różnicowego, przy której i poniżej której urządzenie różnicowoprądowe nie działa w określonych warunkach

znamionowy prąd różnicowy zadziałania (oznaczenie IΔn)

PN-EN 61008-1

wartość prądu różnicowego zadziałania, przypisana do urządzenia różnicowoprądowego przez producenta, przy której urządzenie różnicowoprądowe ma działać w określonych warunkach;
w przypadku urządzenia różnicowoprądowego z wieloma ustawieniami prądu różnicowego zadziałania, znamionowym prądem różnicowym zadziałania jest wartość najwyższa

znamionowy prąd różnicowy niezadziałania

PN-EN 61008-1

wartość prądu różnicowego niezadziałania, przypisana do urządzenia różnicowoprądowego przez producenta, przy której urządzenie różnicowoprądowe nie działa w określonych warunkach

urządzenie różnicowoprądowe (RCD – residual current device)

IEV 442-05-02

mechaniczne urządzenie łączące lub zespół urządzeń przeznaczonych do załączania, przewodzenia i wyłączania prądu w normalnych warunkach roboczych i do samoczynnego otwarcia, jeżeli, w określonych warunkach, prąd różnicowy osiąga określoną wartość

wyłącznik różnicowoprądowy bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego (RCCB – residual current operated circuit-breaker without integral overcurrent protection)

IEV 442-05-03

wyłącznik różnicowoprądowy nieprzeznaczony do pełnienia funkcji zabezpieczenia przeciążeniowego i/lub zwarciowego

wyłącznik różnicowoprądowy z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym (RCBO – residual current operated circuit-breaker with integral overcurrent protection)

IEV 442-05-04

wyłącznik różnicowoprądowy przeznaczony do pełnienia funkcji zabezpieczenia przeciążeniowego i/lub zwarciowego

urządzenie do detekcji prądu różnicowego stałego

(RDC-DD – residual direct current detecting device)

IEC 62955

urządzenie przeznaczone do wyłączania zasilania obwodu ładowania pojazdu elektrycznego lub inicjowania tego wyłączania, gdy składowa stała prądu różnicowego jest równa lub większa niż 6 mA; ma to na celu zapobieganie nieprawidłowemu działaniu wyłączników różnicowoprądowych o wyzwalaniu typu A;
wyróżnia się dwa rodzaje urządzeń RDC-DD:
– urządzenie monitorujące (RDC-MD – residual direct current monitoring device)

– urządzenie zabezpieczające (RDC-PD – residual direct current protective device)

urządzenie monitorujące różnicowoprądowe
(RCM – residual current monitor)

IEC 62020-1

urządzenie przeznaczone do monitorowania prądu różnicowego instalacji i ostrzegania, gdy prąd ten przekracza ustaloną wartość

urządzenie do detekcji zwarć łukowych
(AFDD – arc fault detection device)

PN-EN 62606

urządzenie przeznaczone do ograniczania skutków zwarć łukowych przez wyłączenie zasilania w przypadku wykrycia zwarcia łukowego

ogranicznik napięcia dotykowego (VLD – voltage-limiting device)

PN-EN 50122-1

urządzenie ochronne, którego funkcją jest zapobieganie utrzymywaniu się niedopuszczalnie dużej wartości napięcia dotykowego

osoba wykwalifikowana (w zakresie elektryki)

IEV 826-18-01

osoba mająca stosowne wykształcenie i doświadczenie zapewniające rozumienie ryzyka i unikanie zagrożeń, jakie może stwarzać elektryczność (urządzenia elektryczne)

osoba poinstruowana (w zakresie elektryki)

IEV 826-18-02

osoba wystarczająco pouczona lub nadzorowana przez osoby wykwalifikowane, by dostrzegać zagrożenia elektryczne i ich unikać

osoba postronna; laik

IEV 826-18-03

osoba, która nie jest ani osobą wykwalifikowaną, ani osobą poinstruowaną

* IEV – Międzynarodowy Słownik Terminologiczny Elektryki, https://www.electropedia.org/

1

Wstęp

Użytkowanie sieci i instalacji elektroenergetycznych jest związane z wieloma zagrożeniami, a jednym z nich jest zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym. Obowiązkiem osób projektujących te sieci i instalacje, a także osób odpowiedzialnych za ich eksploatację jest zastosowanie środków zapewniających skuteczną ochronę przeciwporażeniową. Weryfikacji skuteczności tej ochrony zwykle dokonuje się obliczeniowo na etapie projektowania oraz pomiarowo podczas badań odbiorczych lub badań eksploatacyjnych sieci i instalacji. Wymagania ochrony przeciwporażeniowej są nadrzędne w stosunku do innych wymagań technicznych, a także wymagań środowiskowych. Należy przy tym jednak zaznaczyć, że osiągnięcie bezpieczeństwa absolutnego, bezpieczeństwa stuprocentowego jest niemożliwe. Celem stosowania środków ochrony przeciwporażeniowej jest więc zmniejszenie ryzyka porażenia do akceptowalnego poziomu ryzyka szczątkowego. Ma to odzwierciedlenie w definicji terminu ochrona przeciwporażeniowa – są to środki zmniejszające ryzyko porażenia prądem elektrycznym.

Książka ta ma na celu przedstawienie w sposób zwięzły i przystępny istotę, zasady projektowania i sprawdzania ochrony przeciwporażeniowej w sieciach i instalacjach niskiego napięcia. Opisano skutki przepływu przez człowieka prądu stałego, prądu przemiennego, również mającego podwyższoną częstotliwość, a także prądu odkształconego zawierającego wiele wyższych harmonicznych, które występują w powszechnie stosowanych obwodach z przekształtnikami energoelektronicznymi. Wyszczególniono i objaśniono środki ochrony przeciwporażeniowej podstawowej, ochrony przy uszkodzeniu oraz ochrony uzupełniającej. Omówiono specyfikę ochrony przeciwporażeniowej w wybranych instalacjach specjalnych, tzn. w pomieszczeniach wyposażonych w wannę lub prysznic, na placach budowy i robót rozbiórkowych, w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych, instalacjach z fotowoltaicznymi źródłami energii, instalacjach ładowania pojazdów elektrycznych, a także rzadko opisywanych instalacjach niskiego napięcia w strefie oddziaływania sieci trakcyjnej DC 3 kV. Scharakteryzowano zabezpieczenia stosowane w sieciach i instalacjach niskiego napięcia, w szczególności wyłączniki różnicowoprądowe, a także komplementarne do nich zabezpieczenia AFDD (zabezpieczenia od zwarć łukowych), które zaczynają się pojawiać w krajowych instalacjach. Przedstawiono zasady sprawdzania sieci i instalacji elektrycznych niskiego napięcia. Najwięcej uwagi poświęcono ocenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączanie zasilania, które jest powszechnie stosowanym środkiem ochrony przy uszkodzeniu i w odniesieniu do niego najczęściej występują nieporozumienia interpretacyjne. Zaprezentowano również problematykę projektowania uziemień w stacjach elektroenergetycznych SN/nn. Podano też najważniejsze terminy i definicje związane z ochroną przeciwporażeniową.

Książkę opracowano z uwzględnieniem aktualnego stanu wiedzy technicznej, wykorzystano wymagania aktualnych przepisów oraz postanowienia aktualnych norm – w  Literaturze zamieszczono wykaz tych najważniejszych. Z uwagi na dość częstą aktualizację przepisów i norm zaleca się bieżące śledzenie najnowszych ich wydań oraz zmian w postanowieniach.

Książka jest przeznaczona dla bardzo szerokiego grona Czytelników będących na różnych etapach kariery z zakresu elektrotechniki, w szczególności:

• studentów uczelni technicznych,

• wykładowców uczelni technicznych,

• projektantów sieci i instalacji elektroenergetycznych,

• wykonawców sieci i instalacji elektroenergetycznych,

• inspektorów nadzoru budowy sieci i instalacji elektroenergetycznych,

• operatorów elektroenergetycznych sieci rozdzielczych niskiego napięcia,

• wykładowców i uczestników kursów przygotowujących do egzaminów pozwalających uzyskać uprawnienia budowlane,

• wykładowców i uczestników kursów przygotowujących do egzaminów pozwalających uzyskać świadectwa kwalifikacyjne w zakresie eksploatacji (E) oraz w zakresie dozoru (D) w odniesieniu do urządzeń, instalacji i sieci elektroenergetycznych,

• służb eksploatacji instalacji elektroenergetycznych w zakładach przemysłowych, obiektach użyteczności publicznej i innych.