Zasady stosowania uziemiaczy podczas prac przy urządzeniach niskiego napięcia

Nie stosuje się ich jedynie do prac wykonywanych w podziemnych zakładach górniczych (w zakresie uregulowanym przepisami prawa geologicznego i górniczego), przy urządzeniach i instalacjach energetycznych w obiektach jądrowych (o których mowa w przepisach prawa atomowego), a także przy urządzeniach energetycznych powszechnego użytku.

Wymagania dotyczące przygotowania miejsca pracy zawarto także w normie PN-EN 50110-1:2001 Eksploatacja urządzeń elektrycznych [5]. Norma ta dotyczy wszelkich prac w zakresie eksploatacji urządzeń elektrycznych oraz prac w ich pobliżu, w pełnym zakresie napięciowym, tzn. od napięć bardzo niskich do wysokich włącznie.

Szczegółowe zasady eksploatacji urządzeń, instalacji i sieci energetycznych powinny być określone w instrukcjach ruchu i eksploatacji oraz w instrukcjach bezpiecznej pracy.

Jednym z istotnych wymagań wyżej wspomnianych aktów prawnych, odnoszącym się do prac wykonywanych przy wyłączonym napięciu, jest uziemienie wyłączonych urządzeń. Rolą użytych do tego celu urządzeń zwierających lub uziemiających jest ekwipotencjalizacja wyłączonego urządzenia (eliminacja ewentualnych napięć szczątkowych), a także ochrona przed skutkami niezamierzonego pojawienia się napięcia.

Terminy i definicje

Poniżej zamieszczono najważniejsze terminy i ich definicje użyte w artykule (na podstawie [1, 3, 5]).

1. Urządzenia energetyczne – urządzenia, instalacje i sieci, w rozumieniu przepisów prawa energetycznego, stosowane w technicznych procesach wytwarzania, przetwarzania, przesyłania, dystrybucji, magazynowania oraz użytkowania paliw lub energii.
2. Urządzenia energetyczne powszechnego użytku – urządzenia przeznaczone na indywidualne potrzeby ludności lub używane w gospodarstwach domowych.
3. Prace eksploatacyjne – prace wykonywane przy urządzeniach energetycznych w zakresie ich obsługi, konserwacji, remontów, montażu i kontrolno-pomiarowym.
4. Strefa pracy – stanowisko lub miejsce pracy odpowiednio przygotowane w zakresie niezbędnym do bezpiecznego wykonywania prac eksploatacyjnych.
5. Prąd znamionowy I_r i czas znamionowy t_r uziemiacza – wartość skuteczna prądu i czas określony dla urządzenia uziemiającego lub jego komponentu, determinujące najwyższe mechaniczne i termiczne obciążenia dla danego współczynnika szczytu.
6. Prąd szczytowy i_tm – maksymalna wartość chwilowa prądu zwarciowego, określająca największe naprężenia mechaniczne spowodowane oddziaływaniem elektrodynamicznym.
7. Znamionowy współczynnik szczytu uziemiacza – stosunek wartości szczytowej prądu do wartości znamionowej.

Zasady uziemiania obwodów wyłączonych spod napięcia

Zgodnie z klasyfikacją zawartą w rozporządzeniu [1], prace eksploatacyjne przy urządzeniach elektroenergetycznych, w zależności od zastosowanych metod i środków ochronnych zapewniających bezpieczeństwo pracy, mogą być wykonywane:

• pod napięciem,
• w pobliżu napięcia,
• przy wyłączonym napięciu.

W każdej wymienionej technice wykonywania pracy istotną kwestią jest odpowiednie przygotowanie strefy pracy (inaczej: miejsca pracy). Szczególnie ważne wymagania odnoszą się do prac wykonywanych przy wyłączonym napięciu.

Przed przystąpieniem do wykonywania pracy przy urządzeniach i instalacjach elektrycznych odłączonych od napięcia należy [1]:

1. zastosować odpowiednie zabezpieczenie przed przypadkowym załączeniem napięcia,
2. oznaczyć miejsce wyłączenia,
3. sprawdzić, czy nie występuje napięcie na odłączonych urządzeniach i instalacjach elektrycznych,
4. uziemić wyłączone urządzenia i instalacje elektryczne,
5. oznaczyć strefę pracy znakami lub tablicami bezpieczeństwa.

Szczegółowe wytyczne wykonywania wyżej wymienionych czynności zawarte są w odpowiednich aktach prawnych oraz odrębnych instrukcjach i nie wchodzą w zakres artykułu. W dalszej części tekstu poruszone zostaną jedynie kwestie związane z uziemianiem urządzeń i instalacji wyłączonych spod napięcia.

Uziemienia urządzeń i instalacji elektrycznych należy zlokalizować tak, aby praca wykonywana była w strefie ograniczonej uziemieniami i co najmniej jedno uziemienie było widoczne z miejsca wykonywania pracy [1]. Przykładowe sposoby realizacji tego wymagania podczas prac w instalacji niskiego napięcia przedstawiono na rys. 1, rys. 2, rys. 3 i rys. 4.

Jeżeli nie jest możliwe uziemienie urządzeń i instalacji w wyżej określony sposób, należy zastosować inne środki techniczne lub organizacyjne zapewniające bezpieczeństwo prowadzenia prac, opisane w szczegółowych instrukcjach ich wykonywania. Należy zaznaczyć, że prace przy urządzeniach elektroenergetycznych wyłączonych spod napięcia, lecz uziemionych w taki sposób, że żadne z uziemień nie jest widoczne z miejsca wykonywania pracy, zaliczane są do prac eksploatacyjnych stwarzających możliwość wystąpienia szczególnego zagrożenia dla zdrowia lub życia ludzkiego. W Rozporządzeniu [1] wymaga się, aby prace takie wykonywane były na podstawie polecenia pisemnego.

Podobne wymagania dotyczące zasad posługiwania się uziemiaczami przenośnymi zapisano w normie PN-EN 50110-1:2001 [5]. Jednakże wymagania te zróżnicowano w zależności od napięcia znamionowego w miejscu wykonywanej pracy:

• przy urządzeniach wysokiego napięcia wszystkie części, na których będzie wykonywana praca, powinny być uziemione i zwarte,
• przy urządzeniach niskiego i bardzo niskiego napięcia uziemianie i zwieranie jest konieczne tylko wtedy, gdy istnieje ryzyko, że wyłączone urządzenie może znaleźć się pod napięciem (jako przykłady takich sytuacji wymienić można prace w liniach napowietrznych krzyżujących się z innymi liniami, możliwość oddziaływania elektromagnetycznego urządzeń znajdujących się w sąsiedztwie strefy pracy lub możliwość pojawienia się napięcia w wyniku załączenia rezerwowego źródła energii).

W normie [5] także zaleca się, aby uziemiacze i zwieracze przenośne lub uziemniki stałe były widoczne z miejsca pracy. Jeżeli spełnienie tego zalecenia nie jest możliwe, połączenia uziemiające powinny być wykonane jak najbliżej miejsca pracy [5].

Uziemiacze i zwieracze przenośne lub uziemniki stałe należy najpierw łączyć z uziomem, a następnie z częściami uziemianymi. W każdym przypadku należy się upewnić, czy uziemiacze i zwieracze przenośne lub uziemniki stałe oraz przewody i łączniki są odpowiednio dobrane do parametrów zwarcia, mogącego wystąpić w miejscu pracy [5].

Jeżeli do uziemiania i zwierania urządzeń elektrycznych stosowane są zdalnie sterowane uziemniki (najczęściej dotyczy to instalacji wysokiego napięcia), to położenie uziemnika powinno być niezawodnie sygnalizowane przez system zdalnego sterowania [5].

We wcześniej obowiązującym Rozporządzeniu Ministra Gospodarki w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych z 17.09.1999 r. [2] (a także w jeszcze starszych aktach prawnych) zawarto szereg zaleceń szczegółowych odnośnie zasad posługiwania się sprzętem ochronnym (w tym także uziemiaczami), zasad ich przechowywania, ewidencjonowania itp.

Chociaż obecnie obowiązujące rozporządzenie [1] nie zawiera wielu z tych wytycznych, warto, traktując je jako dobre praktyki inżynierskie, zastanowić się nad zasadnością umieszczenia ich w instrukcjach zakładowych. Poniżej przytoczono najważniejsze z nich [2]:

• Wyłączenie urządzeń i instalacji elektroenergetycznych spod napięcia powinno być dokonane w taki sposób, aby uzyskać przerwę izolacyjną w obwodach zasilających urządzenia i instalacje. Za przerwę izolacyjną uważa się:
  — otwarte zestyki łącznika w odległości określonej w Polskiej Normie lub w dokumentacji producenta,
  — wyjęte wkładki bezpiecznikowe,
  — zdemontowanie części obwodu zasilającego,
  — przerwanie ciągłości połączenia obwodu zasilającego w łącznikach o obudowie zamkniętej, stwierdzone w sposób jednoznaczny na podstawie położenia wskaźnika odwzorowującego otwarcie łącznika.
• Czynności związane z uziemianiem wyłączonych obwodów lub urządzeń należy wykonywać bezpośrednio po sprawdzeniu braku napięcia.
• Kształt i rozmiar zacisków uziemiaczy należy dobrać odpowiednio do kształtu i przekroju uziemianych części.
• Podczas zakładania uziemiacza przenośnego należy w pierwszej kolejności przyłączać zacisk uziemiający uziemiacza do uziomu (np. zbrojenia słupa, bednarki, zacisku ochronnego lub uziomu pomocniczego), a następnie za pomocą drążka izolacyjnego zakładać zaciski uziemiacza (zaciski fazowe) na części podlegające uziemieniu. Zdejmowanie uziemiacza należy przeprowadzić w kolejności odwrotnej.
• Zakładanie zacisków fazowych uziemiacza w inny sposób niż za pomocą drążków izolacyjnych dopuszcza się tylko wtedy, jeśli zastosowana technologia zapewnia bezpieczeństwo pracy.
• Zabrania się zakładania i przykręcania zacisków fazowych uziemiacza bezpośrednio rękami.
• W obwodach trójfazowych należy uziemiać wszystkie fazy, nawet gdy praca ma być wykonywana tylko na jednej z nich.
• Przy uziemianiu i zwieraniu należy wykorzystywać istniejące uziomy. W przypadku ich braku, należy stosować odpowiednie uziomy pomocnicze (tzw. sondy uziemiające).
• Na terenie stacji elektroenergetycznych, w rozdzielniach i w rozdzielnicach, uziemiacze przenośne należy zakładać w miejscach do tego wyznaczonych. W przypadku braku takich miejsc, uziemiacze należy zakładać na gołe, nieizolowane i niemalowane części urządzeń.
• Przed każdorazowym użyciem uziemiaczy należy dokonać ich oględzin.
• Narzędzia pracy i sprzęt ochronny (w tym także uziemiacze przenośne) należy przechowywać w miejscach do tego wyznaczonych, w warunkach zapewniających utrzymanie ich w pełnej sprawności.
• Narzędzia pracy i sprzęt ochronny powinny być poddawane okresowym próbom w zakresie ustalonym w odpowiednich Polskich Normach lub w dokumentacji producenta.
• Sprzęt ochronny podlegający ewidencjonowaniu powinien być oznakowany w sposób trwały, przez podanie numeru ewidencyjnego, daty następnej próby okresowej oraz cechy przeznaczenia.
• Ustalenie sposobu ewidencjonowania i kontroli sprzętu ochronnego pozostaje w gestii pracodawcy.
• Zabronione jest używanie narzędzi i sprzętu, które nie są oznakowane.
• Osoby z uprawnieniami dozoru powinny okresowo sprawdzać stan techniczny, sposób przechowywania i ewidencjonowania sprzętu ochronnego oraz środków ochrony indywidualnej.
• Zabrania się używania uszkodzonych lub niesprawnych narzędzi pracy i sprzętu ochronnego.
• Niesprawne narzędzia pracy i sprzęt ochronny, a także te, które utraciły ważność próby okresowej, powinny być niezwłocznie wycofane z użycia.
• Uszkodzone lub niesprawne uziemiacze, przedłużacze lub zwieracze należy wycofać z eksploatacji, szczególnie gdy:
  — stwierdzono uszkodzenie powierzchni styku zacisku uziemiacza lub zwieracza,
  — stwierdzono uszkodzenie 10% drutów przewodów uziemiacza lub zwieracza,
  — przez uziemiacz lub zwieracz przepłynął prąd zwarciowy zbliżony do znamionowej wytrzymałości termicznej.

Parametry uziemiaczy przenośnych i podstawowe zasady ich doboru

Kompletne urządzenie do uziemiania i zwierania, po przyłączeniu zgodnym z instrukcją, powinno zapewniać ochronę przed niebezpiecznym napięciem i łukiem elektrycznym, spowodowanymi przypadkowym pojawieniem się napięcia w wyłączonym obwodzie.

Wszystkie przewody i punkty połączeń urządzenia powinny wytrzymać jednoczesne naprężenia cieplne i mechaniczne, spowodowane wartością szczytową prądu zwarciowego.

Wszystkie przewody urządzenia, przez które może przepłynąć prąd zwarcia, powinny mieć ten sam przekrój. Urządzenie powinno mieć także odpowiednią izolację, aby w chwili pojawienia się napięcia zetknięcie elementów urządzenia między sobą lub z pobliskimi konstrukcjami nie spowodowało powstania łuku [3].

Parametrami określającymi wytrzymałość zwarciową kompletnych uziemiaczy lub ich części składowych jest prąd znamionowy Ir, czas znamionowy tr oraz odpowiadający im współczynnik szczytu [3]. Wielkości te określają największą skuteczną wartość prądu oraz pozwalają na wyliczenie największej wartości całki Joule’a, które urządzenie jest w stanie wytrzymać bez niedopuszczalnych skutków.

Czas znamionowy tr jest znormalizowany dla następujących wartości: 3 s, 2 s, 1 s, 0,75 s, 0,5 s, 0,25 s, 0,1 s.

Dla jednej z nich określa się wartość skuteczną prądu Ir (w [kA]) i oznacza ją jako: I_r3, I_r2, I_r1, Ir_0,75, Ir_0,5, Ir_0,25 lub Ir_0,1 [3].

Na rysunku 5. przedstawiono typowe charakterystyki dopuszczalnego obciążenia prądem zwarciowym I_r w czasie t_r wyznaczone dla miedzianych przewodów uziemiających o różnych przekrojach [6].

Uziemiacze o znamionowym prądzie zwarciowym I_r określonym dla danego czasu t_r mogą być używane przy czasach dłuższych niż t_r i zarazem mniejszym prądzie zwarciowym (linie ciągłe na rysunku 5.) jedynie pod warunkiem spełnienia wymaganej wartości całki Joule’a. Natomiast dla czasów krótszych niż t_r i większych prądów (linie przerywane na rysunku 5.) konieczne jest upewnienie się, że zachowana jest również wytrzymałość dynamiczna zacisków i połączeń na zwiększony prąd szczytowy.

W normie PN-EN 61230 [3] zasady doboru uziemiaczy opierają się na sprawdzeniu, czy:

1. siły elektrodynamiczne wywołane prądem zwarciowym nie przekraczają sił, dla których uziemiacz jest obliczony,
2. ciepło Joule’a wytworzone przez prąd zwarciowy płynący przez uziemiacz nie przekracza ciepła, dla których uziemiacz jest obliczony.

Pierwsze kryterium uważa się za spełnione, gdy iloczyn wartości skutecznej zwarciowego prądu przemiennego i współczynnika szczytu instalacji n_inst nie jest większy niż iloczyn wartości skutecznej znamionowego prądu przemiennego i współczynnika szczytu uziemiacza n_uz:

Uziemiacz można stosować w instalacjach, w których prąd zwarciowy może mieć wartość większą lub mniejszą niż wartość znamionowego prądu zwarciowego uziemiacza, pod warunkiem, że współczynnik szczytu instalacji n_inst jest odpowiednio mniejszy lub większy.

Drugie kryterium uważa się za spełnione, gdy maksymalne obciążenie cieplne, wywołane prądem zwarciowym instalacji w czasie trwania zwarcia tk, wyrażone przez całkę Joule’a, nie jest większe niż całka Joule’a uziemiacza obliczona na podstawie jego wartości znamionowych:

Przykład strefy użytkowej uziemiacza o prądzie znamionowym I_r = 1 kA, czasie znamionowym t_r = 1 s i stałym współczynniku szczytu przedstawiono na rysunku 6. Zaznaczono na nim użytkową strefę uziemiacza, ograniczoną krzywą przemiany adiabatycznej drugiego kryterium oraz krzywą wytrzymałości dynamicznej pierwszego kryterium [3].

Obliczenia wielkości zwarciowych z wyżej przedstawionych zależności należy prowadzić według powszechnie przyjętych zasad.

W wyżej opisanej procedurze doboru należy uwzględniać parametry zwarciowe obwodu, który może potencjalnie stać się największym źródłem zagrożenia w wyniku przeniesienia napięcia do wyłączonego obwodu. W zależności od miejsca montażu uziemiacza i konfiguracji układu zasilania wskazać można następujące najważniejsze przypadki:

• przy montażu uziemiacza w polu zasilającym rozdzielnicy głównej lub na szynach rozdzielnicy głównej, parametry prądu zwarciowego niezbędne do doboru uziemiacza wynikają z parametrów zwarciowych i nastaw zabezpieczenia po stronie SN,
• przy montażu uziemiacza w polu odpływowym rozdzielnicy lub w obwodzie zasilanym z rozdzielnicy, parametry prądu zwarciowego niezbędne do doboru uziemiacza wynikają z parametrów zwarciowych i nastaw zabezpieczenia znajdującego się w polu zasilającym rozdzielnicy.

Zasady znakowania oraz zawartość instrukcji użytkowania urządzeń uziemiających i zwierających

Zgodnie z zapisami normy [3] wymaga się, aby bezpośrednio na urządzeniach służących do uziemiania i zwierania lub na dodatkowej nieusuwalnej etykiecie umieszczone były co najmniej następujące informacje:

• nazwa producenta lub znak fabryczny,
• model lub informacja o typie urządzenia,
• prąd znamionowy I_r, czas znamionowy t_r i wartość współczynnika szczytu (np. 10 kA – 0,5 s – 2,6),
• rok produkcji,
• numer właściwej normy.

Na zaciskach urządzenia należy umieścić nazwę producenta lub znak fabryczny oraz model lub typ zacisku [3].

Jeżeli przewody uziemiające są zgodne z wymaganiami normy [4], to oznaczenia nie są wymagane. W przeciwnym wypadku, oznaczenie powinno informować o pochodzeniu przewodu, jego przekroju poprzecznym lub rozmiarze oraz o rodzaju zastosowanej powłoki izolacyjnej [3].

W fabrycznych instrukcjach użytkowania urządzeń służących do uziemiania i zwierania zamieszczone powinny być co najmniej następujące informacje [3]:

• instrukcje montażu kompletnego urządzenia lub sprzętu,
• ograniczenia (o ile występują) głównych parametrów znamionowych, warunków temperaturowych, użytkowania wnętrzowego itp.,
• wartości znamionowe (prąd, czas, współczynnik szczytu) rozłączalnych komponentów urządzenia,
• zalecenia dotyczące warunków utrzymania, użytkowania, przechowywania i kontroli,
• wartości momentu i siły oraz instrukcje zabezpieczania dodatkowych elementów mocujących, które mogą poluzować się podczas eksploatacji,
• informacje o zastosowaniu aluminium do wykonania części urządzenia (o ile dotyczy),
• wskazania dotyczące wycofywania z użytkowania tych urządzeń, które były obciążone prądem zwarcia,
• numer właściwej normy.

Wybrane informacje dotyczące badania uziemiaczy

Zakres i sposób przeprowadzenia badań typu dla uziemiaczy przenośnych określono w normie PN‑EN 61230:2011 [3] oraz w normie PN‑EN 61138:2009 [4]. Wymagania te przedstawiono w tabeli 1.

W tabeli 2. zawarto klasyfikację wad i związanych z nimi wymagań i badań uziemiaczy.

Podczas badań parametrów zwarciowych uziemiacza obowiązują następujące wytyczne odnoszące się do procedury badawczej [3]:

• składowa okresowa prądu probierczego I_t powinna być równa 1,15 razy wartość prądu znamionowego I_r badanego urządzenia uziemiającego lub zwierającego:

• czas t_t przyłożenia prądu probierczego I_t powinien wynosić co najmniej 1,15 razy wartość czasu znamionowego t_r,
• maksymalna wartość chwilowa prądu zwarciowego i_tm nie powinna być mniejsza niż iloczyn współczynnika szczytu n_uz i wartości składowej okresowej prądu probierczego:

przy czym:

— dla instalacji prądu przemiennego o napięciu > 1 kV: n = 2,5 dla urządzeń o częstotliwości 50 Hz oraz n = 2,6 dla urządzeń o częstotliwości 60 Hz,

— dla instalacji prądu przemiennego o napięciu ≤ 1 kV: n = 2,0.

Poruszanie, przesuwanie lub obracanie zacisków w punktach przyłączowych w czasie badania jest dopuszczalne, jeżeli nie spowoduje przerwy w przepływie prądu probierczego. Iskrzenie jest dopuszczalne, jeżeli w jego rezultacie nie nastąpi sczepienie zacisków z punktem przyłączowym i po badaniu możliwe będzie usunięcie zacisku za pomocą odpowiedniego przyrządu izolacyjnego (np. drążka izolacyjnego).

Sprawozdanie z badań powinno zawierać co najmniej [3]:

• jasno określone przeznaczenie badanego urządzenia lub komponentu,
• opis układu do badań,
• zarejestrowane przebiegi napięcia i prądu probierczego w funkcji czasu (rejestracji należy użyć do określenia prądu szczytowego, całki Joule’a, czasu badania i wartości prądu na końcu badania).

Wynik badania należy uznać za pozytywny, gdy zarejestrowane przebiegi czasowe dowodzą, że:

• podczas badania nie nastąpiła przerwa w przepływie prądu,
• wartości szczytowe prądu, całka Joule’a, czas badania i wartość skuteczna mierzonego prądu są zgodne z wymaganiami normy.

Zakres kontroli okresowych uziemiaczy oraz częstość tych kontroli w trakcie użytkowania sprzętu powinien określić sam użytkownik. Wytyczne te powinny umożliwić sprawdzenie integralności urządzenia [3].

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 marca 2013 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach energetycznych (DzU 2013, poz. 492).
2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 września 1999 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych (DzU nr 80, poz. 912).
3. PN-EN 61230:2011 Prace pod napięciem. Przenośny sprzęt do uziemiania lub uziemiania i zwierania.
4. PN-EN 61138:2009 Przewody przeznaczone do przenośnego sprzętu uziemiającego i zwierającego.
5. PN-EN 50110-1:2001 Eksploatacja urządzeń elektrycznych.
6. www.aktywizacja.com.pl – materiały katalogowe i informacyjne Wytwórni Sprzętu Elektroenergetycznego Aktywizacja.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!