Cap.5 Protectie La Socuri Electrice

5

5.1 Introducere Integrarea României în structurile Uniunii Europene a impus ca şi

reglementări importante în domeniul protecţiei împotriva accidentelor electrice să se alinieze la cele valabile în Uniune. Chiar dacă România avea unele reglementări preluate din recomandările CEI în care era membră, sistemul românesc de reglementări − cuprins în standardele SR 8275, SR 2612, SR 7334, SR 12604 − era unul original, bine structurat şi coerent, răspunzând unor necesităţi pragmantice, dar neavând corespondenţe şi echivalenţe directe în normele europene EN. Din acest motiv, integrarea, în această privinţă, a fost mai dificilă şi nu a fost, în totalitate, finalizată, având în vedere şi faptul că standardele nu au în totalitate un caracter obligatoriu, fiecare parte admiţând unele riscuri − în general raţionale şi justificabile.

Cum şi alte ţări, integrate mai devreme în Uniunea Europeană s-au confruntat cu această dificultate, o primă încercare de armonizarea a apărut în cadrul CENELEC (organism în care România nu era membru) prin apariţia documentului HD 637S1 din anul 1999, adoptat de 19 ţări europene. Fiecare dintre respectivele ţări membre au făcut menţiuni referitoare la paragrafe sau prevederi specifice nealiniate la documentul armonizat, ceea ce le-a permis să-şi menţină anumite particularităţi nealiniate complet, în normativele proprii.

România a acceptat, în anul 2009, să preia documentul de armonizare în reglementările româneşti, fără să ia măsurile de precauţie necesare cum ar fi abrogarea standardului SR 2612, aflat în contradicţie cu HD637S1 şi măsurile consecutive în legislaţia conexă. În acest sens, se menţionează faptul că standardul SR 2612 este încă menţionat ca valabil în anul 2010 ca standard în vigoare

Până la soluţionarea completă a acestei inconsecvenţe majore, în lucrare se prezintă ambele prevederi, sub forma următoare:

− indicaţiile din normativele anterioare româneşti sunt prezentate în text cu caractere italice;

− prevederile din documentul de armonizare HD637S1 sunt scrise cu caractere regular.

În acest fel, instalaţiile realizate conform vechilor norme vor fi expertizate şi verificate conform prevederilor după care au fost proiectate şi realizate. Aceste instalaţii vor trebuie aduse în concordanţă cu normele europene, la prima revizie

Instalaţii de protecţie împotriva şocurilor electrice

140 Utilizatori de energie electrică la joasă tensiune

sau reparaţie capitală, decisă de proprietar, conform reglementările proprii, luând în considerare şi riscurile reale existente.

Organismele de standardizare trebuie să asigure reglementare normativelor conflictuale.

5.2 Defecte de izolaţie

Pentru a asigura protecţia persoanelor şi continuitatea în serviciu, conductoarele şi părţile active ale instalaţiilor electrice sunt „izolate” faţă de elementele în contact cu pământul. Izolaţia se asigură prin folosirea materialelor izolante de calitate şi prin distanţe prescrise de izolare în aer sau alte fluide izolante ca şi prin linii de fugă necesare pe suprafaţa izolaţiei solide. Calitatea izolaţiei se confirmă prin asigurarea unor tensiuni indicate în standarde specifice privind nivelul de izolaţie: tensiunea de ţinere la impuls de trăsnet (1,2/50 µs) şi la frecvenţă industrială (2·Un + 1 kV, 1 min) pentru JT. În fapt, la punerea în funcţiune, riscul defecţiunilor la instalaţiile şi echipamentele realizate conform standardelor este foarte redus. Agresiunile ce se exercită asupra izolaţiei conduc la riscuri de defectare datorate în timpul instalării, unor deteriorări mecanice sau a unor manipulări greşite, iar în timpul exploatării, prafului conductor, îmbătrânirii, supratensiunilor sau influenţelor din reţelele vecine. Mai pot interveni şi alte cauze ca poluarea, curenţii armonici, ventilarea slabă, forţe electromagnetice sau supratensiuni peste cele de proiect. Riscurile legate de defectarea izolaţiei, constau în pericole pentru viaţa personalului, pentru continuitatea alimentării, pentru siguranţa instalaţiilor şi pentru producerea de incendii sau explozii. Pentru persoane sau animale riscul constă în şocul electric ce poate produce, în funcţie de gravitatea sa, disconfort, contracţii musculare, arsuri sau în extrem oprirea inimii (electrocutarea) [5.1, 5.2, 5.3, 5.4]. Incendiile pornite din cauze diverse de natura electrică pot avea consecinţe grave asupra persoanelor şi instalaţiilor pentru că se dezvoltă insidios şi apoi pot produce chiar explozii şi dezastre. Indisponibilitatea alimentării conduce şi la alte riscuri pentru personalul de deservire dar şi reduce producţia şi conduce la costuri mari de reparaţii şi la alte efecte suplimentare, în instalaţiile exterioare şi în mediul înconjurător.

Instalaţiile sau echipamentele electrice nu prezintă un pericol de exploatare, atâta timp cât curentul electric circulă prin conductoare izolate faţă de pământ şi desigur sunt respectate şi aplicate normele şi regulile de protecţia muncii. Probabilitatea unor pericole apare atunci când, într-o instalaţie sau un echipament electric iau naştere curenţi electrici de scurgere, care circulă pe alte căi decât cele prestabilite, implicând trecerea prin izolaţie sau/şi prin corpul omului. Continuitatea şi siguranţa în funcţionare, sub aspectul asigurării protecţiei per-sonalului, se realizează printr-un complex de măsuri ce vizează, atât concepţia, cât şi exploatarea instalaţiilor şi echipamentelor. În acest sens, au fost redactate stan-darde, normative şi norme [5.5, 5.6, 5.7, 5.8] pentru asigurarea măsurilor de securitate a muncii în exploatarea instalaţiilor, echipamentelor şi utilajelor

Instalaţii de protecţie împotriva şocurilor electrice 141

alimentate de la reţelele electrice publice sau industriale. În general, cele mai multe accidente prin şoc electric apar în reţelele de joasă tensiune, la care, tensiunea între fiecare fază şi pământ, în regim normal de funcţionare, nu depăşeşte 250 V (400 V între fazele reţelei electrice trifazate). Din acest motiv în prezentul capitol se tratează cu preponderenţă aceste reţele.

5.2.1 Efectele trecerii curentului electric prin corpul uman Curentul electric determină o reacţie specifică a organismului, în funcţie de intensitatea ce parcurge corpul omenesc. La un curent electric alternativ, cu o valoare de 1 mA, apar contracţii musculare şi o senzaţie neplăcută, la 20 mA contracţia este dureroasă spasmodică, iar peste 50 mA curentul electric devine periculos, putând provoca moartea prin oprirea activităţii inimii sau prin suspenda-rea activităţii centrului respirator [5.10]. Considerând că rezistenţa electrică a organismului uman a cărei parte principală e reprezentată de piele, este de ordinul a 1000 Ω, rezultă că, aplicând relaţia lui Ohm, o tensiune alternativă mai mare de 50 V devine periculoasă. La tensiune continuă, valorile periculoase sunt mai mari. Trecerea curentului electric prin corpul uman este însoţită de fenomene ale căror efecte se manifestă sub forme multiple şi conexe. Efectele curentului electric [5.9] pot fi:

− termice (arsuri); − mecanice (ruperea ţesuturilor şi lezarea vaselor); − chimice (electroliza sângelui); − biologice (alterarea proceselor metabolice caracteristice materiei vii). Sensibilitatea omului faţă de curentul electric diferă de la un individ la altul.

S-a constatat experimental că femeile şi copii sunt mai sensibili faţă de curentul electric. Intensitatea de prag pentru aceste categorii de persoane este mai mică cu 30% în raport cu intensitatea de prag specifică pentru bărbaţi. Senzaţia, în funcţie de intensitatea curentului electric, variază de la simpla percepţie, reprezentând intensitatea de prag, până la încetarea respiraţiei sau a funcţiilor inimii pentru intensitatea ce depăşeşte valoarea limită suportabilă.

Fenomenele care apar în organism, ca urmare a trecerii curentului electric, reprezentate prin tulburări cardiace şi ale sistemului nervos, definesc noţiunea de şoc electric sau electrocutare (în concepţia actuală, electrocutarea este un şoc electric fatal). Sub acţiunea curentului electric se produc contracţii şi destinderi foarte rapide şi dezordonate ale muşchiului inimii, situaţie în care funcţionarea inimii este denumită fibrila ţie.

Curentul electric alternativ de joasă frecvenţă este mai periculos pentru organism decât curentul electric continuu deoarece acesta trece prin corpul uman fără a produce convulsii ca cel alternativ.

Tensiunea alternativă determină tulburări cardiace şi respiratorii chiar la valori de 70 V spre deosebire de tensiunea continuă pentru care aceste fenomene apar la valori de 120 ⋅⋅⋅ 140 V. Frecvenţa industrială, cea mai periculoasa pentru organismul uman este cuprinsă între 35 şi 100 Hz. Faptul că nu orice excitaţie


electrică provoacă fibrilaţia inimii se datorează sensibilităţii diferenţiate a acesteia în diferite stări de contracţie.

Inima este deosebit de sensibilă atunci când se găseşte într-o stare de relaxare, între o contractare şi dilatarea care îi urmează. În instalaţiile electrice de joasă tensiune, cel puţin 2/3 din electrocutările produse au avut drept cauză primară a morţii fibrila ţia ventriculară, produsă în cazul când trecerea curentului surprinde aceasta perioadă de funcţionare a cordului.

Un alt tip de accident datorat curentului electric se referă la apariţia unor leziuni locale, denumite traumatisme electrice, ca de pildă arsurile electrice şi metalizarea pielii, provocate de arcurile electrice. Arsurile apar, în general, datorită căldurii mari dezvoltate de arcul electric, iar metalizarea pielii se produce datorită pătrunderii în tegument a stropilor din metal topit.

5.2.2 Corpul uman - circuit electric Corpul uman şi, în general, orice organism viu este din punct de vedere fizic

un conductor electrobiologic neomogen [5.10] având o structură complexă. Rezistenţa electrică a ansamblului este dată de rezistenţa electrică a pielii şi rezistenţa electrică a ţesuturilor profunde. Rezistenţa electrică a ansamblului, măsurată între doi electrozi este de până la 105 Ω, atunci când contactele sunt făcute pe o piele îngroşată şi uscată; este de 2000 ⋅⋅⋅ 6000 Ω în condiţii obişnuite şi scade sub 1000 Ω dacă contactul se face prin pielea umedă, depinzând deci, aproape în întregime, de rezistenţa electrică a pielii, scăzând brusc atunci când pielea se umezeşte. Rezistenţa electrică a pielii Rp poate fi exprimată aproximativ prin relaţia:

S

dRp

⋅= ρ , (5.1)

în care ρ este rezistivitatea pielii corespunzătoare suprafeţei de contact; d – grosimea pielii; S – aria suprafaţei de contact. Valorile ρ şi d pot fi extrem de variate nu numai pentru persoane diferite, dar chiar şi la aceeaşi persoană. Ele pot să se modifice în limite largi, în raport cu locul aplicării contactului. Impedanţa conductorului electrobiologic nu este pur rezistivă şi nici constantă. Ea depinde puţin de tensiune, dar apare un defazaj între curentul electric care circulă prin corp şi tensiunea aplicată. Apare, de asemenea, şi fenomenul polarizării observat în soluţii. Ţesutul viu se comportă ca un condensator electric, capacitatea sa depinde de proprietăţile dielectrice ale stratului exterior al pielii. Experimental, capacitatea electrică a corpului uman este de 0,02 ⋅⋅⋅ 0,03 pF/cm2. Impedanţa biologică a corpului Zh este, astfel, o combinaţie între rezistenţa activă R şi reactanţa capacitivă 1/(ωC).

.ω

122

2

CRZh

⋅+= (5.2)


Corpul uman poate fi deci considerat ca un conductor acoperit cu o izolaţie imperfectă: pielea. Curentul electric traversează pielea cu atât mai uşor cu cât tensiunea aplicată este mai mare.

Intensitatea Ih a curentului electric ce trece prin organism poate fi exprimată aproximativ de relaţia:

h

hh R

UI = , (5.3)

în care Rh este rezistenţa electrică a corpului uman la tensiunea Uh aplicată organis-mului.

Pe măsură ce rezistenţa Rh scade datorită fenomenelor prezentate anterior, intensitatea curentului electric I creşte, mai mult decât proporţional cu tensiunea Uh

R

UI

kh= , (5.4)

în care exponentul k (k >1) depinde de tensiune şi de condiţiile de contact dintre sursă şi corpul uman ce influenţează curentul electric prin corp, iar R − rezistenţa stabilizată a corpului.

Rezistenţa R depinde de tensiunea aplicată, locul de pe suprafaţa corpului în care se face contactul, aria acestei suprafeţe, presiunea de contact, umiditatea dar şi durata acţiunii curentului electric.

Rezistenţa electrică a unui conductor electrobiologic este mai mare la trecerea curentului continuu decât la trecerea curentului electric alternativ. De asemenea, rezistenţa electrică depinde şi de traseul căii de curent electric [5.10]: este mai mare în cazul unei căi de curent electric mână – mână (fig. 5.1 a)) decât în cazul unei căi de curent electric mână – picior (fig. 5.1 b)) şi cu mult mai mare decât o cale de curent electric mâini – picioare (fig. 5.1 c)).

6000 Ω

4000 Ω 2000 Ω

a) b) c)

Fig. 5.1 − Rezistenţa electrică a corpului uman faţă de un circuit electric, pe diferite căi de curent electric:

a) fază − neutru sau fază − fază ale unui circuit electric cu calea mână − mână; b) fază − pământ, cu calea de

curent electric mână − picior; c) fază − pământ, cu calea de curent electric, ambele mâini − picioare.

La stabilirea măsurilor de protecţie se iau în general în calcul situaţiile cele mai defavorabile (1000 Ω la atingere directă şi 3000 Ω la atingere indirectă).

Variaţia rezistenţei corpului în funcţie de tensiune, durata de aplicare şi umiditate se poate urmări in figura 5.2. Rezistenţa electrică poate să se micşoreze şi ca urmare a temperaturii mediului ambiant, chiar în absenţa transpiraţiei.


5.3 Curentul electric admis prin corpul uman

Fenomenele care au loc la trecerea curentului electric prin corpul uman sunt legate de parametri ai acestuia.

Rh (w,U) [kΩ]

5

4

3

2

1

0 0 100 200 300 400 500 600 700 U [V]

Fig. 5.2 − Dependenţa rezistenţei electrice Rh a corpului uman în funcţie de umiditate w, tensiune U şi de timp t

Rh (w); Rh (t)

Piele uscată

Piele umedă

Valori medii

0,01 s

3 s

Rh (t,U) [kΩ]

25

20

15

10

5

0

0,01 s

3 s

În principiu, se consideră ca nepericulos curentul electric alternativ de frec-venţă industrială cu intensitatea de până la 10 mA şi curentul electric continuu cu intensitatea de până la 50 mA.

Prin curent electric puţin periculos se defineşte acel curent electric de sub acţiunea căruia omul se poate elibera prin forţe proprii.

Efectul de excitaţie al curentului electric alternativ este dat de valoarea de vârf şi nu de valoarea efectivă a acestuia. De aceea, pentru caracterizarea fenomenelor ce au loc în organism la trecerea curentului electric se utilizează valoarea de vârf şi nu valoarea efectivă a curentului electric.

În cazul unei acţiuni de scurtă durată a curentului electric, valoarea limită Ihl [A] se determină din relaţia (5.5) şi figura 5.3 [5.11, 5.12]:

t

I hl165,0= , (5.5)

în care t [s] este timpul cât durează trecerea curentului electric (sub o secundă). Acţiunea curentului electric, în cazul unei durate scurte de trecere, depinde de faza în care se află inima în momentul trecerii acestuia. Timp de aproximativ 0,4 s între fiecare contractare sau dilatare, inima se găseşte într-o fază de relaxare în care este deosebit de sensibilă la acţiunea curentului electric. Dacă trecerea curentului electric durează mai mult de o secundă, sigur va cuprinde faza de relaxare. Deci cu cât durata de trecere a curentului electric este mai scurtă, cu atât este mai mică probabilitatea de a coincide cu faza de relaxare a inimii. Pentru instalaţiile electrice de joasă tensiune, o deconectare într-un timp de 0,2 s poate evita electrocutarea.


Pe baza relaţiei (5.5), din care rezultă valorile curentului electric pentru care se produce fibrilaţia inimii, în tabelul 5.1 sunt indicate câteva valori limit ă ale curentu-lui electric şi durata de timp corespunzătoare (în instalaţii interioare fără umiditate).

Pentru evitarea fibrilaţiei, limitele considerate ale timpului de deconectare de 0,2 s, în cazul instalaţiilor electrice de joasă tensiune de până la 250 V şi 0,1 s pentru tensiuni de până la 500 V sunt considerate ca fiind acoperitoare.

Tabelul 5.1

Valorile curenţilor electrici la care apare fibrilaţia inimii

Valoarea curentului electric [mA]

95 110 160 165 250 350 500 1000

Durata de trecere [s] 3 2,25 1,06 1 0,43 0,22 0,108 0,027

Pentru scopurile practice este preferabil folosirea noţiunii de tensiune puţin

periculoasă. Pentru un timp de scurtă durată, de sub o secundă, cu condiţia deconectării rapide s-a stabilit relaţia:

tC

RIU hhl

a ⋅⋅≤ , (5.6)

în care Ua este tensiunea de atingere [V], definită ca tensiunea la care este supus omul, când atinge un element aflat sub o tensiune accidentală; Ihl – curentul electric [A] ce străbate corpul uman; Rh – rezistenţa electrică a corpului uman [Ω]; t – dura-ta [s] trecerii curentului electric prin om; C –factor de siguranţă, având valori de la

Ih [mA] 10000

5000

2000

1000

500

200

100

50 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 t [s]

Fig. 5.3 − Valori limită ale curenţilor electrici admişi: 1− în instalaţii exterioare; 2 − în instalaţii interioare; 3 − curent electric de fibrilaţie

la 0,5% dintre oi; 4 − curent electric de fibrilaţie la fiinţe cu masa de 70 kg; 5 − curent electric de fibrilaţie la 50% dintre oi; curent electric de fibrilaţie la 99,5%

dintre oi.

6

5

4

3

2

1

125 V

65 V


1 la 8 în funcţie de categoria instalaţiei, condiţiile de exploatare şi de timpul de deconectare. Valorile curenţilor electrici admişi prin corpul omenesc, în funcţie de durata de trecere sunt stabiliţi în documentul CEI 60479 [5.1, 5.2, 5.3, 5.4]. Valorile acestor curenţi sunt indicaţi în figura 5.4 în care se indică şi efectele fiziologice pe care le are curentul în anumite zone (1-4) caracteristice. Efectele la curenţi alternativi corespund zonelor indicate în figura 5.4. şi în detaliu, în tabelul 5.2.

a b

AC3 AC2 AC1

AC4-1 AC4

AC4-3

c1 c2 c3

AC4-2

t[ms]

5000

2000

1000

500

200

100

50

20

10 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 I [mA]

Fig. 5.4 − Zone timp-curent privind efectele curentului electric de 50 Hz limita de 30 mA.

Tabelul 5.2

Zone timp-curent privind efectele curentului alternativ de 50 Hz


Efecte patofiziologice, ca arsuri grave, sunt de prevăzut peste efectele din zona

3, aceste efecte crescând, ca gravitate, odată cu creşterea intensităţii curentului electric şi a duratei de trecere a acestuia.

Sistemele de protecţie limitează durata trecerii curentului electric în condiţiile în care poate fi suportat de om fără pericol. Astfel, valoarea limită a curentului electric, considerat ca puţin periculos într-o instalaţie electrică de joasă tensiune, atunci când sursa de tensiune poate fi deconectată în mai puţin de 3 s şi dacă omul se află sub incidenţa acestei surse (tensiune accidentală), corespunde unei valori de 65 V în cazul tensiunii alternative şi 110 V în cazul tensiunii continui.

Dacă timpul de deconectare este mai mare de 3 s sau mediul înconjurător în care apare tensiunea accidentală este foarte periculos din punct de vedere al şocului electric, atunci valorile tensiunii acceptate pentru o instalaţie sunt de cel mult 40 V în cazul tensiunii alternative, respectiv 65 V în cazul tensiunii continue. Aceste valori sunt şi mai mici şi anume de 24 V, atunci când mediul înconjurător sau condiţiile de exploatare sunt foarte periculoase (de exemplu, în cazul instalaţiilor electrice din excavaţiile subterane sau al echipamentelor portative).

5.4 Tensiuni de atingere admise Principalele definitii folosite în prezentul capitol sunt indicate în capitolul 9. Şocul electric se datorează atingerii unor elemente conductoare aflate sub

tensiune în mod normal, situaţie denumită atingere directă sau a unor elemente conductoare, care în mod normal nu sunt sub tensiune, dar ajung în mod accidental sub tensiune şi care este denumită atingere indirectă.

O atingere indirectă o constituie şi atingerea simultană a două puncte de pe sol care se află la potenţiale diferite.

Denumirea zonei

Limitele zonei Efectele fiziologice

AC1 Până la 0,5 mA

Linia a În mod normal, nici o reacţie.

AC2 De la 0,5 mA până

la linia b În mod normal, nici un efect fiziologic periculos.

AC3 De la linia b la

curba c1

În mod normal, nici un pericol organic. Pentru durate de trecere a curentului mai mari de 2 s, probabilitate de contracţii musculare şi de respiraţie. Perturbări reversibile în formarea şi propagarea impulsurilor cardiace, inclusiv fibrilaţie auriculară şi opriri temporare ale inimii, fără fibrilaţie ventriculară, care se amplifică odată cu creşterea intensităţii curentului electric şi a timpului.

AC4 În dreapta curbei c1

Creşterea intensităţii curentului electric şi a timpului pot produce efecte patofiziologice ca, de exemplu, oprirea inimi, a respiraţiei, arsuri grave.

AC4-1 c1 – c2 Probabilitate de fibrilaţie ventriculară până la 5%.

AC4-2 c2 – c3 Probabilitate de fibrilaţie ventriculară până la aproximativ 50%.

AC4-3 Dincolo de curba c3 Probabilitate de fibrilaţie ventriculară mai mare de 50%. *) Pentru durate de trecere a curentului electric mai mici de 10 ms, limita intensităţii curentului electric care trece prin corp pentru linia b rămâne constantă şi egală cu 200 mA


Atingerea elementului aflat sub tensiune poate avea loc fie cu o parte a corpu-lui omenesc, fie prin intermediul unui obiect mobil, bun conductor electric, ca urmare a micşorării distanţei sau atingerii acestuia de elementul aflat sub tensiune. Asemenea cazuri pot să apară în cazul ruperilor şi căderilor de conductoare pe obiecte ce pot fi atinse, a deteriorării izolaţiei faţă de carcasă etc.

Valorile tensiunilor de atingere şi de pas admisibile au fost stabilite în funcţie de gradul de pericol al mediului, conform tabelelor 5.3 si 5.4. Valorile admise ale tensiunilor de atingere accidentale diferă în funcţie de pericolul determinat de zona de pericol şi de frecvenţa circulaţiei persoanelor în aceasta. Faţă de datele din tabelele respective, trebuie făcute următoarele precizări, ţinând seama şi de definiţiile din capitolul 9.

La înaltă tensiune (Un > 1 kV) diferenţierea se face după zona de pericol/amplasarea privind circulaţia persoanelor, instalaţii/stâlpi cu sau fără aparataj, durata defectului, tipul de reţea (ÎT, JT) sau numărul sistemelor adoptate pentru eliminarea defectelor cu punere la pământ (1 sistem: T1; 2 sisteme: T2). Se face menţiunea că în reţelele de IT, chiar dacă exista două sisteme distincte, nu se aplică valorile din T2 . La joasă tensiune, ţinând seama că instalaţiile sunt mai accesibile personalului, chiar neinstruit, diferenţierea se face în funcţie de pericolul reprezentat de mediul în care este amplasată izolaţia (supra sau subteran), categoria utilajelor folosite, tensiunea de alimentare (continuă, alternativă) şi durata de menţinere a defectului. Noile sisteme de protecţie adoptate, permit şi la joasă tensiune valori admise la durate de ordinul zecimilor de secundă (a se vedea cap. 9).

Spre deosebire de valorile admise în România în SR 2612, în CEI 60634 [5.13, 5.14, 5.15] şi HD637S1 [5.16] valorile admise pentru tensiunile accidentale de atingere sunt indicate în figura 5.5 considerând că în cazul în care cantitatea de electricitate ce străbate corpul este sub Θ = 70 mAs nu se pot produce electrocutări (şocuri electrice fatale).


Tabelul 5.3

Valorile maxime admise ale tensiunilor de atingere şi de pas în reţelele electrice de medie şi înaltă tensiune alternativă [V]

Tabelul 5.4 Valorile maxime admisibile ale tensiunilor de atingere şi de pas pentru instalaţiile

electrice de joasă tensiune

Locul de utilizare

Categoria utilajelor

Tensiune de atingere şi de pas, valori maxime [V]

Mediu puţin periculos Mediu periculos Mediu foarte periculos

Timpul de deconectare al protecţiei maximale de curent electric

Tipul instalaţiei electrice

Zona de amplasare

Tip reţea

Timpul de acţionare al protecţiei de bază, s

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8.... 1,2

1,2... 3

>3

1. Echipament

electric (exclusiv

stâlpi LEA)

1.1 Circulaţie frecventă

(CF)

I,T1, T2

125 250

100 200

85 165

80 150

75 140

70 130

65 125

65 65

50 50

1.2 Circulaţie

redusă (CR) fără mijloace

individuale de

protecţie

T1, T2

250 500

200 400

165 330

150 300

140 280

130 260

125 250

125 125

125 125

1.3 Circulaţie

redusă (CR) cu folosire mijloace

individuale de

protecţie

I,T1, T2

500 1100

400 795

330 600

300 500

280 500

260 500

250 500

250 250

250 250

2. Stâlpi LEA fără aparataj

2.1 CF din localităţi

I, T1

Indiferent de timpul tb, 125 V Indiferent de timpul tb, 250 V

T2 1100 795 600 500 500 500 500 250 250 2.2 CF din

afara localităţii

I, T1, T2 Nu se normează

2.3 CR I, T1, T2 Nu se normează 2.4 Incinte industriale şi agricole

cu CF, plaje,

campusuri

I Indiferent de timpul tb, 125 V

T1, T2 Pentru tb < 1,2 s : 250 V

3. Stâlpi LEA cu aparataj

3.1 Incinte industriale şi agricole

cu CF, plaje,

campusuri

1 Indiferent de timpul tb, 125

T1, T2 Pentru tb < 1,2 s : 250 V

3.2 Restul zonelor

1, T1, T2

125 V 250 V

Pentru tb < 1,2 s : 250 V


≤ 3s > 3s ≤ 3s > 3s ≤ 3s > 3s

t.c t.a t.c t.a t.c. t.a t.c t.a. t.c. t.a. t.c. t.a.

La suprafaţă

Fixe şi mobile

110 65 65 40 110 65 65 40 65 40 65 40

Portabile 110 65 65 40 24 24 24 24 24 24 24 24

În subteran

Toate categoriil

e − − − − 24 24 24 24 24 24 24 24

S-au notat cu t.c. instalaţiile de tensiune continuă şi cu t.a. instalaţiile de tensiune alternativă.

UB [V] 1000 800

600

400

200

100 80

60

40

20

10 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 1 2 3 4 5 tf [s]

Fig. 5.5 − Tensiunea de atingere/pas în funcţie de timpul de defect tf .

5.5 Măsuri de protecţie împotriva electrocutărilor 5.5.1 Principii generale Protecţia de bază care poate evita şocul electric în cazul atingerilor directe şi

indirecte este alimentarea cu tensiune redusă. Măsura se mai numeşte şi folosirea unor tensiuni foarte joase de alimentare (tensiune foarte joasă de securitate, când circuitul este nelegat la pământ − TFJS − sau când circuitul este legat la pământ − TFSP − ). Protecţia se asigură dacă alimentarea se face cu o tensiune alternativă mai mică de 50 V sau tensiune continuă mai mică de 120 V.

Sursa de alimentare trebuie să fie un transformator, asigurând o separare de siguranţă între primar şi secundar, sau o altă sursă cu grad de siguranţă echivalent acestuia.

Instalarea acestor circuite trebuie să respecte o serie de măsuri cum ar fi:


- părţile active ale circuitelor separate de orice alt circuit; - circuitele TFJS şi TJFP să utilizeze conductoare distincte şi prizele acestor

circuite să fie, de asemenea, marcate diferit şi să nu permită introducerea fişelor corespunzătoare altor tensiuni;

- masele electrice ale acestor circuite să nu fie legate la pământ, la conductoare de protecţie sau la masele altor instalaţii;

- prizele TFJS să nu aibă contact de protecţie. Pentru evitarea accidentelor prin electrocutare se mai pot adopta şi alte măsuri

de protecţie de bază, care vor fi precizate în detaliu în cele ce urmează, dar trebuie avute în vedere şi măsuri de ordin organizatoric care să le completeze pe acestea.

Pentru prevenirea accidentelor prin atingere directă, personalul din exploatarea instalaţiilor sau echipamentelor electrice este obligat să-şi însuşească şi să aplice normele de tehnica securităţii muncii. Unele principii obligatorii trebuie cunoscute şi de nespecialişti care vin în contact cu instalaţiile.

În vederea prevenirii accidentelor prin atingere indirectă este necesară existenţa unor sisteme diferite de protecţie a instalaţiilor electrice care să limiteze tensiunile de atingere la valori admise de norme şi/sau să deconecteze în timp util echipamen-tul defect.

Conform CEI 60364 [5.13, 5.14, 5.15], protecţia împotriva atingerilor directe este necesară întotdeauna, dacă nivelul de tensiune al instalaţiilor depăşeşte 25 V la tensiune alternativă sau 65 V la tensiune continuă. Se face totuşi o distincţie între protecţia „totală” sau „parţială” împotriva contactului direct.

Protecţia totală se obţine prin izolarea, închiderea sau acoperirea părţilor active şi este esenţială în cazul când echipamentul este operat de personal neinstruit. În instalaţiile electrice apare ocazional necesară restabilirea lucrurilor în condiţiile normale (reglarea protecţiilor, schimbările lămpilor indicatoare etc.). Aceste intervenţii se pot efectua numai de către personalul instruit, ţinând seama că ele nu respectă decât „parţial” protecţia totală împotriva atingerilor directe.

Zonele de protecţie se stabilesc în funcţie de nivelul de tensiune al instalaţiilor în aşa fel încât acţiunile naturale ale personalului specializat de exploatare/operare să nu conducă la atingeri directe ale părţilor active.

Distanţele de protecţie menţionate nu se aplică în cazul instalaţiilor al căror nivel de tensiune este de 50 V tensiune alternativă sau 120 V tensiune continuă, cu excepţia cazurilor când aceste tensiuni sunt obţinute prin autotransformatoare, potenţiometre sau elemente semiconductoare ori similare.

Protecţiile împotriva atingerilor asigură ca prin corpul persoanelor să nu treacă curenţi reziduali sau curenţi de scurgere mai mari ca I∆n = 30 mA. În CEI 60364 preluat în legislaţia europeană şi în cea română sunt adoptate trei principii de bază pentru asigurarea protecţiei la şocurile electrice şi anume [5.8]:

- legarea la pământ a elementelor metalice la care poate apărea tensiune accidental;

- echipotenţializarea elementelor ce pot fi atinse simultan; - asigurarea unei activităţi riguroase de mentenanţă ce reduce riscurile de

defecţiuni neprevăzute. Pentru prevenirea accidentelor prin atingere directă se stabilesc reguli precise

de construcţie şi operare a instalaţiilor (bariere, blocaje, zone de protecţie), dar şi


soluţii tehnice care să adopte tensiuni de alimentare nepericuloase, sub valoarea limită Ul→UL (a se vedea definiţiile din cap.9). Metoda a fost prezentată ca „tensiune deosebit de joasă” de securitate/protecţie (TFJS/TFJP).

Se subliniază că aceste măsuri nu reprezintă garanţia că personalul nu poate în mod voit şi voluntar să-şi provoace intenţionat electrocutarea, direct sau prin intermediul unor materiale conductoare.

Protecţia împotriva accidentelor prin atingere indirectă trebuie în mod obligatoriu să asigure respectarea valorilor limită admise pentru tensiunile accidentale din tabelele 5.3 şi 5.4 . Tensiuni de atingere periculoase pentru instalaţii de joasă tensiune se consideră 50 V la tensiune alternativă şi 120 V la tensiune continuă în medii obişnuite. Se impune de asemenea limitarea energiei de descărcare la atingerea indirectă la valoarea sub 350 mJ. Din aceste considerente derivă necesitatea deconectării defectelor de izolaţie ce conduc la tensiuni accidentale egale sau peste cele menţionate.

Limitarea energiei de descărcare la valoarea menţionată este valabilă nu doar pentru cazul atingerilor indirecte ci şi pentru atingerile directe.

Timpul maxim admis pentru suportarea unei tensiuni egale sau superioare UL (valoare limită) este indicat în tabelul din capitolul 9. Se admite, de asemenea, folosirea releelor sensibile de protecţie cu declanşare instantanee la I∆ ≤ 30 mA.

În contextul protecţiei împotriva şocurilor, dar nu doar din acest motiv, în instalaţiile electrice, schemele folosite pot fi de trei tipuri: TN, TT şi IT . Simbolurile literare utilizate, pentru schemele/sistemele de protecţie/legare la pământ, conţin 2, 3 sau 4 litere şi au următoarele semnificaţii:

• prima literă se referă la situaţia conductoarelor reţelei de alimentare în raport cu pământul:

T − legare directă la pământ a unui punct activ – punctul neutru, în cazul în care acesta este accesibil sau a unui conductor de fază, în cazul în care punctul neutru nu este accesibil;

I – izolarea tuturor părţilor active faţă de pământ uneori legarea la pământ a unui punct printr-o impedanţă de valoare foarte mare;

• a doua literă se referă la situaţia maselor instalaţiei electrice în raport cu pământul:

T – legarea direct la pământ a maselor (inactive) ale instalaţiei, independent de eventuala legare la pământ a unui punct de alimentare;

N – legarea directă a maselor electrice active ale instalaţiei la punctul neutru al sursei de alimentare, care este legat la pământ;

• alte litere se referă la dispunerea conductorului neutru (N) şi a conductorului de protecţie (PE) în schema TN:

C – conductor PEN, funcţiile conductorului neutru (N) şi ale conducto-rului de protecţie (PE) sunt îndeplinite de acelaşi conductor (PEN);

S – funcţiile conductorului neutru (N) şi ale conductorului de protecţie (PE) sunt îndeplinite de conductoare separate.

Literele T1 şi T2 ce apar în tabelul 5.3 indică numărul sistemelor de protecţie împotriva punerilor la pământ adoptate în reţea. În figura 5.6 [5.17] se prezintă diferite configuraţii de scheme de protecţie împotriva atingerilor indirecte adoptate în instalaţiile de joasă tensiune pe carcase.


A B C

PEN

Rs

a)

2 1 1

A B C N PE

Rs

b)

2 1 1

A B C N PE

Rs c)

2 1 1

A B C N

Rs

d)

PE

RA

A B C PE

e) RE

Z

Fig. 5.6 − Sisteme de protecţie la joasă tensiune: a) sistemul TN-C; b) sistemul TN-S; c) sistemul TN-C-S (combinaţie a) şi b)); d) sistemul TT;

e) sistemul IT; 1 − fir verde-galben; 2 − fir brun-albastru; PEN − conductor comun neutru şi protecţie; PE −

conductor de protecţie; N − conductor neutru; Rs(RE) − rezistenţa electrică a prizei de pământ de exploatare; RA (RP) − rezistenţa electrică a prizei de pământ de protecţie; Z − releu de protecţie.

RP1 RP2

5.5.2 Scheme/sisteme de legare la pământ În continuare se prezintă schemele/sistemele de legare la pământ specifice

reţelelor de joasă tensiune. a) Schema IT În schema IT, punctul neutru al reţelei este izolat faţă de pământ (fig. 5.7).

Uneori el poate fi legat printr-o impedanţă acordată sau o impedanţă de mare valoare la medie tensiune (Z).

În cazul reţelelor cu neutrul izolat, la locul unei puneri la pământ în reţea, se închide un curent electric capacitiv determinat de capacitatea faţă de pământ a fazelor sănătoase ale reţelei şi un curent electric rezistiv determinat de conductanţa izolaţiei, datorat imperfecţiunii acesteia faţă de pământ.


A B C

Rs

Z

MT JT

CA CB CC

Fig. 5.7 − Sistem IT cu neutrul izolat. Curenţii capacitivi specifici (pe km) ai reţelelor se determină din capacitatea

specifică a liniilor cu relaţia (5.7)

** ω3 Ffc CUI ⋅⋅⋅= , (5.7)

unde C*F este capacitatea specifică pe km.

Valorile capacităţii specifice sunt indicate în figura 5.8 a) pentru liniile în cablu şi în figura 5.8 b) pentru liniile aeriene fără conductoare neutre sau de protecţie. Curenţii de conducţie specifici (Ia) constituind componenta activă a curentului electric de defect se pot determina cu aproximaţie bună din relaţia (5.8) care defineşte factorul de amortizare d0 al reţelei:

( )CBA

CBA

CCC

gggd

++⋅++=

ω0 , (5.8)

în care g şi C sunt conductanţele respectiv capacităţile faţă de pământ ale fazelor. Pentru liniile aeriene, factorii de amortizare sunt de 0,02···0,06 (2···6%), fiind

mai mari în cazul izolaţiei murdare sau poluate iar pentru cabluri, depind de tangenta unghiului de pierderi δ a izolaţiei acestora, fiind de ordinul 1···4% la cablurile din polietilenă sau hârtie dar atingând 10% la cele din PVC. În acest caz, curentul total de defect/curent de punere la pământ Ipp este:

capp jIII += , (5.9)

În reţelele de medie tensiune cu neutrul izolat, cuenţii electrici de punere la pământ pot avea valori de ordinul amperilor (până la zeci de amperi la reţelele extinse) dar în cele de joasă tensiune valorile obţinute sunt de ordinul miliamperilor. Pentru evitarea pericolelor determinate de apariţia unei alte puneri la pământ în reţea, favorizată de suprasolicitarea izolaţiei fazelor sănătoase la primul defect, funcţionarea în acest regim se limitează ca durată în orice reţea.

O soluţie simplă de sesizare a simplei puneri la pământ independentă de extinderea reţelei supravegheată (ce poate varia în diferite condiţii de exploatare) este legarea punctului neutru la pământ printr-un rezistor de mare valoare Z, figurat punctat în figura 5.7. În acest caz, curentul de punere la pământ în cazul primului defect este un curent preponderent activ a cărui valoare este dată de relaţia

1ZZRR

UI

Ps

fd +++

≅ , (5.10)

în care Uf este tensiunea fazei reţelei; Z1 − impedanta buclei de defect; Rs – rezis-tenţa de dispersie a prizei de pământ a sursei (priza de exploatare); RP – rezistenţa de dispersie la locul de defect; Z − impedanţa din punctul neutru al surse.


CF

[µF/km] 0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 25 35 50 70 95 120 150 240 300 500 s [mm2] a)

1 kV

7,2 kV

12 kV

CF [nF/km]

4,6

4,5

4,5

4,3

4,2

4,1

4,0

3,9 50 70 95 120 150 185 240 400 500 s [mm2]

b)

Fig. 5.8 − Capacitatea faţă de pământ: a) cabluri trifazate cu câmp neradial; b) conductoare LEA fără conductor neutru;

s − secţiunea conductorului; 3312312 DDDDm ⋅⋅= ; Dij − distanţa dintre

conductoarele i şi j; h − înălţimea medie a conductoarelor deasupra solului [m].

h = 8 m h = 7 m

Dm [m] 1

1

2

2

Curentul electric al primului defect se poate închide prin impedanţa Z de

legare la pământ a punctului neutru şi, în acest fel, se poate semnaliza apariţia defectului. Soluţia simplifică soluţiile de control al izolaţiei reţelei.


Se limitează curentul electric de defect (simplă punere la pământ) la valori cuprinse între 150 ⋅⋅⋅ 230 mA, pentru a permite funcţionarea schemei de semna-lizare a defectului.

Asigurarea unor tensiuni nepericuloase la locul de defect este simplă, rezistenţele de dispersie ce pot asigura Uat < UL sunt de ordinul zecilor de ohmi. În cazul apariţiei celui de-al doilea defect impedanţa buclei de defect scade până la valori apropiate de zero, ceea ce conduce la apariţia unui curent electric de defect Id2 care practic este un curent electric de scurtcircuit.

Este, deci, necesară prevederea unor dispozitive de protecţie împotriva curenţilor de scurcircuit. Acestea pot fi siguranţe fuzibile sau relee maximale de curent electric, cu care sunt echipate întreruptoarele automate. Evident, tensiunile de atingere la locul de defect sunt periculoase în cazul celui de-al doilea defect.. Timpii de deconectare pentru sistemele IT depind de felul în care sunt inter-conectate cele două prize de pământ, a instalaţiei şi a sursei de alimentare. Pentru circuitele terminale, care alimentează echipamente electrice cu un curent electric nominal care nu depăşeşte 32 A, şi având părţile conductoare accesibile conectate la o priză de pământ comună cu cea a sursei de alimentare, timpii maximi de deconectare sunt indicaţi în tabelul 5.5 [5.17]. În acelaşi tabel se indică duratele maxime de defect, admise pentru sisteme TN şi TT.

Tabelul 5.5 Durate maxime [s] ale tensiunii de atingere alternativă în sistemul IT

Uat [V] ≤ 50 50 <Uc ≤ 120 120 <Uc ≤ 230 230 < Uc ≤ 400 Uc > 400 IT/TN 3 0,8 0,4 0,2 0,1

TT 5 0,3 0,2 0,07 0,04 În schema IT pentru alte grupe de circuite având prize de pământ

independente de cea a sursei de alimentare, timpul maxim de deconectare este 1 s. b) Schema TN Principala caracteristică a folosirii conductorului neutru ca mijloc de protecţie

la accident este aceea că orice defect de izolaţie la carcasa legată la conductorul neutru este un scurt circuit declanşat de protecţie.

Schema TN are următoarele caracteristici: - punctul neutru al alimentării este legat direct la pământ; - masele instalaţiei electrice sunt legate la punctul neutru prin conductoare de

protecţie; - conductorul neutru este legat repetat la pământ pe traseul reţelei, cel puţin la

derivaţii şi la capetele de linii. Se disting trei tipuri de scheme TN, în funcţie de modul de dispunere a

conductorului neutru şi a conductorului de protecţie: • schema TN–S în care conductorul de protecţie (PE) este diferit de conducto-

rul neutru (N) şi este utilizat în întreaga instalaţie (fig. 5.6 b)); • schema TN–C în care funcţiile conductorului neutru (N) şi a celui de

protecţie (PE) sunt îndeplinite de acelaşi conductor (PEN) în întreaga instalaţie (fig. 5.6 a));


• schema TN–C–S în care funcţiile conductorului neutru (N) şi a celui de

protecţie (PE) sunt îndeplinite de un singur conductor (PEN) pentru o porţiune a instalaţiei (fig. 5.6 c)), pe când în alte porţiuni sunt separate.

Schemele TN-C-S pot fi folosite concomitent într-o instalaţie alimentată dintr-o sursă unică. În aval de schema TN-S nu se mai admite folosirea schemei TN-C.

Un element esenţial al sistemului TN este legat de necesitatea ca la primul tablou la care conductorul PE se desparte de PEN, să se facă o repetare a legării la pământ a acestora. Această măsură diminuează sensibil tensiunea de atingere a carcaselor legate la PE. În lipsa acesteea, carcasa cu defect are faţă de pământ tensiunea buclei cu defect. Tensiunea ce apare pe carcasa cu defect în cazul reţeleleor TNC (cu legare repetată la Rp) se poate urmări în figura 5.9 pentru diferite secţiuni ale conductoarelor şi diferite rapoarte RE şi RP (la sursă şi la locul de defect). Se remarcă necesitatea ca RE la sursă şi Rp pe traseu să fie apropiate ca valoare.

N

pp U

UU

3* ⋅=

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1 0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 RE/RP

Fig. 5.9 − Tensiunea pe carcasa cu defect de izolaţie.

RE RP

A B C

ZF

Z0

G U

ZF

Z0

UE UP

RE RP

U

UE

E

UF

UP UF P

0

U

0,283=65/230 V

0,807 1,06

a) sF = s0

b) sF > s0

sF=50 mm2; s0=35 mm2

sF=35 mm2; s0=25 mm2

sF=70 mm2; s0=50 mm2

În aceste condiţii, tensiunea de atingere a carcasei cu defect de izolaţie, legată la conductorul de protecţie (PE/PEN) şi repetat la pământ prin rezistenţa Rp (a se vedea fig. 5.9) este

PE

P

F

fpat RR

ZR

ZZ

UUU

+⋅⋅

+== 0

0;

PE

E

F

fE RR

ZR

ZZ

UU

+⋅⋅

+= 0

0,

(5.11)

în care Uf este tensiunea de fază ( 3/nf UU = ).


De asemenea, sistemul TN–C nu este permis pentru conductoare din cupru cu aria secţiunii transversale sub 10 mm2 (16 mm2 pentru aluminiu) sau pentru echipament portabil, iar sistemul TN–S (5 conductoare) este obligatoriu pentru circuite cu conductoare cu aria secţiunii transversale sub 10 mm2 şi pentru echipamente portabile.

În schema TN valoarea curentului electric de defect Id între priză şi pământ este dată de relaţia:

Z

UI

fd = , (5.12)

în care Uf este tensiunea de fază; Z – impedanţa buclei de defect (Z0+ZF). În general rezultă un curent electric de defect practic egal cu un curent electric

de scurcircuit, astfel că la schema TN trebuie să se prevadă o protecţie la scurcircuit. Întreruptorul trebuie prevăzut obligatoriu cu dispozitive de sesizare a curenţilor electrici de scurtcircuit şi de transmisie a comenzilor corespunzătoare (siguranţe fuzibile sau relee maximale de curent electric). În cazul asocierii siguranţelor fuzibile cu dispozitivele de protecţie diferenţială (dispozitive diferenţiale rapide – DDR-uri – Franţa, Fehlersutzstrom FI, Fehlerspannung FU, în germană – protecţie automată la curent sau tensiune de defect, PACD, PATD în română), siguranţele fuzibile se aleg conform relaţiei:

nf II < , (5.13)

în care I f este curentul electric de funcţionare al fuzibilului într-un timp t ≤ 0,4 s pentru tensiunea de 230 V; In – curentul electric pe care dispozitivul diferenţial îl suportă în funcţionare normală.

Releele electromagnetice ale întreruptoarelor automate se aleg încât: nm II ≤ , (5.14) în care Im este curentul electric de funcţionare instantaneu al releului electro-magnetic. Tensiunea de atingere, în caz de defect, nu trebuie să depăşească valoarea admisă la timpul de acţionare al dispozitivului de declanşare Uadm din tabelul 5.5 (ZB − impedanţa buclei de defect; UL – tensiunea limită admisă). Dacă această condiţie nu poate fi îndeplinită, se impune realizarea de legături echipotenţiale suplimentare sau utilizarea de dispozitive diferenţiale reziduale de protecţie. În practică, datorită scăderii tensiunii la scurt circuite, condiţia e îndeplinită dacă RE ≅ RP (fig. 5.9). În schema TN–C executarea legăturilor echipotenţiale este obligatorie, nefiind posibilă aplicarea sistemelor de protecţie diferenţială datorită utilizării unui singur conductor ce are atât funcţia de neutru cât şi de conductor de protecţie (PEN) pe care nu se pot monta dispozitive de întrerupere. În schema TN–S se pot folosi dispozitive diferenţiale reziduale PACD datorită separării conductorului neutru (N) de conductorul de protecţie (PE), funcţionarea dispozitivului diferenţial fiind posibilă. În schema TN–C nu se pot folosi dispozitive diferenţial reziduale împotriva curenţilor de defect datorită utilizării unui singur conductor având funcţia atât de neutru cât şi cea de protecţie (PEN). Pe conductorul PEN este interzisă montarea oricărui dispozitiv de separare, protecţie sau comandă.


În schema TN dispozitivele de protecţie la scurtcircuit (siguranţe fuzibile sau întreruptoare comandate de relee electromagnetice) bine reglate şi corect întreţinute pot asigura şi protecţia contra incendiilor. Accidentele pot apărea la nerespectarea riguroasă a acestor condiţii de reglementare. Pentru circuite terminale ce alimentează echipamente electrice cu curenţi normali până la 32 A timpii maximi de deconectare sunt identici cu cei din tabelul 5.5 corespunzători sistemului IT. Pentru grupele de circuite la care prizele de pământ sunt separate de cea a sursei, timpul maxim de deconectare este de 1 s.

c) Schema TT Schema TT are următoarele caracteristici: • punctul neutru al sursei este legat direct la pământ; • masele instalaţiei electrice sunt legate la prize de pământ independente de

priza de pământ a alimentării (fig. 5.10). O astfel de separare poate fi justificată de distanţele mari între punctul neutru şi aceste mase. Evitarea folosirii conductorului neutrul ca PEN derivă din dorinţa adoptării protecţiilor diferenţiale.

A B C N PE

RE

MT JT

Fig. 5.10 − Sistem TT.

PE PE RP

Rezistenţa electrică de dispersie RP a prizei de pământ a maselor trebuie să aibă o valoare astfel aleasă încât, în cazul unui defect, tensiunea de atingere să nu depăşească valoarea limită admisă pentru timpul de acţionare al protecţiei.

În cazul schemei TT se recomandă a se folosi, pentru protecţia împotriva defectelor de izolaţie, dispozitive diferenţiale reziduale (DDR) rapide al căror curent electric diferenţial nominal I∆n se alege astfel încât să fie respectată condiţia:

P

Ln R

UI ≤∆ , (5.15)

în care I∆n este curentul electric rezidual nominal al DDR; RP – rezistenţa de dispersie a prizei de pământ a maselor instalaţiei electrice; UL – tensiunea limită admisă la timpul de declanşare reglat al DDR rapid. Curentul de defect Id, nu mai este un curent de scurtcircuit, dar poate conduce la apariţia pe carcasa cu defect, figurată punctat în figura 5.10, a unei tensiuni de atingere periculoasă (la joasă tensiune Uat considerată egală cu tensiunea pe priză). Valoarea ei este dată de relaţia


PE

fd RR

UI

+≅ ;

pE

pfpat RR

RUUU

+⋅== .

(5.16)

Curentul electric Id poate fi sub valoarea reglată a protecţiei la consumator aşa că Uat se limitează la 50 V. Tensiunea de atingere a unei carcase cu defect în cazul schemei TT depinde deci de tensiunea de serviciu a reţelei şi de raportul rezistenţelor de dispersie ale prizelor RE de la sursă şi de RP de la carcasa cu defect.

În cazul în care curentul electric de defect Id , calculat, depăşeşte curentul electric de rupere al întreruptorului, asociat dispozitivului de curent electric diferenţial rezidual utilizat, acesta trebuie prevăzut cu dispozitive de protecţie împotriva curenţilor electrici de scurtcircuit.

Standardul IEC 60364 [5.13, 5.14, 5.15] prevede timpii maximi de deconectare ai dispozitivelor de protecţie din tabelul 5.5, pentru circuite terminale cu un curent electric nominal inferior valorii de 32 A. Pentru celelalte circuite, timpul maxim de deconectare este de 1 s. Pentru tensiuni alternative UL de 50 V sau continui de 120 V durata limită a defectului trebuie să se limiteze la maximum 5 s.

d) Dispozitive de protecţie adoptate Toate schemele de legare la pământ limitează valorile tensiunilor de atingere

sau/şi durata de acţionare a acestora. Pentru asigurarea securităţii persoanelor în reţelele de joasă tensiune cu

diferite scheme de protecţie se adoptă declanşarea rapidă a defectului sau limitarea tensiunilor accidentale la valori nepericuloase. În primul caz se pot folosi dispozitivele de protecţie prin releee clasice dar şi unele soluţii noi, specifice asigurării protecţiei persoanelor.

Toate masele instalaţiilor electrice, protejate de acelaşi dispozitiv diferenţial, trebuie legate la aceeaşi priză de pământ. La verificarea măsurilor de protecţie privind atingerea indirectă, la măsurarea tensiunilor de atingere şi de pas, este necesar să se considere rezistenţa electrică a omului Rh = 3000 Ω ca fiind o valoare acoperitoare. Pentru protecţia împotriva atingerilor directe, rezistenţa electrică a omului se va considera Rh = 1000 Ω, apreciind că o asemenea situaţie este mai nefavorabilă decât cea din cazul atingerilor indirecte. Se recomandă a se folosi o legătură comună între toate prizele RP ale utilizatorilor din reţea, conectată eventual şi cu priza RE la sursă. Recomandarea devine obligatorie la instalaţiile din subteran. În acest caz schema transformându-se într-o schemă TN, în care dublele puneri la pământ sunt scurtcircuite declanşate rapid.

Dispozitivele aplicate în diferite scheme de legare la pământ sunt descrise în tabelul 5.6. Modul cum se asigură deconectarea defectelor e în mare măsură în conexiune cu schemele de legare la pământ folosite. Este de menţionat că cerinţele, din punct de vedere al sensibilităţii şi rapidităţii, se dovedesc contradictorii, ţinând seama de marea varietate a reţelelor de joasă tensiune. Acest fapt a condus la


apariţia unor soluţii bazate pe principiile protecţiei diferenţiale folosite în reţelele de înaltă tensiune cunoscute cu denumirile DDR, PACD, PATD.

Se consideră un cablu cu lungimea de 250 m şi secţiunea fazei/conductorului neutru respectiv 35/25 mmp Al alimentând o reţea de distribuţie de 400/230 V. Punctul neutru al sursei este nelegat la pământ. În cazul unei reţele IT, curentul electric capacitiv de simplă punere la pământ, Ipp este de 50 mA. O punere la pământ la un abonat ar conduce la o tensiune neînsemnată, chiar la o priză cu rezistenţa RP egală cu 50 Ω, U1pp = Ipp·RP = 50·10-3

·50 = 2,5 V, deci nepericuloasă. Simpla punere la pământ trebuie semnalizată (problemă dificil ă la JT), dar o dublă punere la pământ printr-un alt rezistor de trecere la pământ ipotetic de 50 Ω dă pe priza abonatului o tensiune de aproximativ 200 V. Curentul electric de dublă punere la pământ poate varia in limite largi, fapt ce complica asigurarea unei protecţii sensibile şi sigure.

Tabelul 5.6 Configuraţia reţelei şi dispozitive de protecţie necesare

Configuraţie reţea

Dispozitive de protecţie Aplicare Condiţii de

întrerupere şi proiectare

IT

Suprasarcină rareori

RP.Id ≤ UL

Curent de defect rareori Maximală de tensiune da Controlul izolaţiei da

TT Suprasarcină rareori

RP.Ia ≤ UL Curent de defect da

Controlul izolaţiei da

TN, TNC, TNS

Suprasarcină da ZP

.Ia ≤ UL Maximal de curent da Scurtcircuit (fuzibil) da Maximală de tensiune da

Obs. În toate sistemele, schemele de legare la pământ exceptând TNC se pot aplica şi sistemele de protecţie diferenţială (DDR, PACD etc).

În tabelul 5.6 notaţiile folosite sunt următoarele: UL – tensiunea minimă de protecţie, determinată din timpul de eliminare al defectului (rapid sau peste 3 s); Uf – tensiunea de fază a reţelei; în cazul reţelelor TN la scurt circuit se acceptă o dimunare a tensiunii nominale cu 10%; Ia – curentul de declanşare al dispozitivului de protecţie (PACD, PATD); în circuitele cu curent nominal sub 35 A la t sub 0,2 s; în circuite cu echipamente portabile clasa 1, până la 0,2 s; în alte circuite până la 5 s. Id – curentul de defect între un conductor activ şi sau părţi metalice legate la pământ cu rezistenţa de trecere neglijabilă; RP – rezistenţa de trecere nulă; Zs – impedanţa buclei de defect, calculată şi măsurată (conductorul activ plus cel neutru/protecţie) cu rezistenţa de trecere nulă.

În cazul când se impune echipotenţializarea, suplimentar se mai verifică îndeplinirea relaţiei R ≤ UL/Ia, R fiind rezistenţa între părţile conductive atinse şi alte elememte metalice ce pot fi atinse concomitent.


e) Analiza comparativă a schemelor/sistemelor de protecţie de joasă tensiune

Analiza schemelor de protecţie, pune în evidenţă faptul că nici în domeniul tensiunilor joase nu există o soluţie ideală, unic aceptată, pentru protecţia împotriva defectelor de izolaţie în instalaţii. Experienţa mondială acceptă instalarea în aceeaşi reţea, a mai multor scheme de protecţie împotriva accidentelor, dacă se iau măsuri adecvate. În tabelul 5.7 se indică o comparaţie a caracteristicilor celor 4 scheme (sisteme) analizate din principalele puncte de vedere. Se observă că soluţiile de tratare adoptate în România pot fi diversificate în interesul securităţii reţelei şi al consumatorilor.

Tabelul 5.7 Compatibilitatea electromagnetică în scheme utilizate

Scheme adoptate TT TNC TNS IT Siguranţa personalului FB FB FB FB Siguranţa echipamentului

La incendiu B S M B La protecţia utilajelor B S S B

Disponibilitatea furnizării energiei electrice M M M FB Compatibilitatea electromagnetică M S M M Pregătirea personalului M FB FB B Uşurinţa mentenanţei S M M B

FB – foarte bun; B – bun; M – mediu; S – slab Aprecierile din tabel se referă la realizarea unor măsuri corecte conforme cu indicaţiile din prezentul capitol. Din păcate, în instalaţiile electrice din România, în foarte multe cazuri nu se respectă riguros măsurile din reglementări. Cele mai frecvente abateri constau în lipsa sensibilităţii şi selectivităţii protecţilor în reţelele de joasă tensiune, de aici numeroasele incendii ce se produc în mod frecvent. De asemenea, numărul mare de improvizaţii adoptate din inconştienţă sau neprofesionalism fac ca numărul de astfel de incidente să fie printre cele mai numeroase din Europa. Principial, din punctul de vedere al siguranţei personalului, oricare dintre cele 4 sisteme adoptate asigură condiţile necesare dacă se respectă condiţiile din proiect. În privinţa siguranţei echipamentului schemele TT şi IT au o bună eficienţă, mai slab se prezintă schema TN, cu precădere TNC. Numărul mare de incendii în sitemul TNC (conductorul PEN din reţelele de distribuţie publică) e o confirmare a acestei realităţi. Continuitatea furnizării energiei este pe departe cel mai bine asigurată în sistemul IT în care se poate funcţiona în anumite condiţii rămâne totuşi important, greu de sesizat de protecţia instalată la sursă (I2pp

max = 80 A – practic un curent de sarcină). Considerând o protecţie obişnuită la abonat realizată cu siguranţe fuzibile tensiunea de 200 V ar trebui declanşată în 0,2 s. Ar fi necesară o siguranţă obişnuită având un curent nominal de 6 ··· 10 A ceea ce ar limita puterea absorbită de utilizatorul reţelei la 4 ··· 6 kW, ceea ce este total nesatisfăcător. Modificarea rezistenţei prizei de protecţie duce la neajunsuri multiple de altă natură.

Trecând la schema TT, cu legarea punctului neutru la sursă la o priză de pământ obişnuită de 10 Ω, priza de pământ a abonatului şi timpii de declanşare necesari ar avea valori din tabelul 5.8. Se menţionează că şi în aceste cazuri


curenţii de defect ar avea valori apropiate de cele de sarcină, sensibilitatea protecţiilor obişnuite fiind dificil de realizat.

Tabelul 5.8 Timpi de declanşare la abonat în schema TT

Rp [Ω] 20 15 10 5 4 3 Up [V] 266 240 200 133 114 92 Td [s] 0,14 0,15 0,18 0,30 0,35 0,46 Ipp [A] 7,7 9,2 11,5 15,3 16,4 17,7

Adoptând schema TNC (TNS) curentul de scurtcircuit rezultant, chiar pentru

un defect la sfârşitul plecării va avea valoarea (se consideră o scădere a tensiunii la sursă cu 10% la scurtcircuit) Isc = 410 A, iar tensiunile la priza abonatului şi la sursă vor fi cele din tabelul 5.9. Tabelul 5.9

Timpi de declanşare la abonat în schema TNC (TNS)

RE [Ω] 4 5 5 10 15 Rp [Ω] 15 10 5 5 4 Up [V] 95 80,5 60 40 25 Td [s] 0,47 0,5 > 3 s nelimitată

În cazul în care priza abonatului este identică cu cea de la sursă, problemele

securităţii în reţea se rezolvă în mod simplu. Siguranţele fuzibile asigură sensibilitatea şi selectivitatea la defectele de la sfârşitul reţelei, permiţând şi un transfer de putere corespunzător pe cablul de 250 m (PN ≅ 270 kW).

Introducerea protecţiilor diferenţiale simplifică şi sensibilitatea şi selectivitatea în reţelele IT şi TT. Neajunsul soluţiilor din schema TN rămâne necesitatea unor prize scumpe şi a unor curenţi de defect mari.

În oricare dintre schemele prezentate, cu excepţia TNC în care nu se poate aplica, introducerea protecţiei automate pentru curent (tensiune) de defect (PACD, PATD) soluţionează mult mai simplu securitatea în reţea. Aceasta datorită rapidităţii acţionării (sensibilitatea poate ajunge la 30 mA, în caz general la 300 mA iar timpul de declanşare la 30 ms). La aceste durate de întrerupere, tensiunile de atingere admise sunt destul de ridicate şi uşor de stăpânit. Dispozitivele diferenţiale vor fi prezentate în capitolul 5.7, eficiente şi cu o simplă punere la pământ de durată dacă nu sunt restricţii de altă natură.

Nici principiile de urmat în vederea asigurării compatibilităţii electromagnetice nu sunt uşor de adoptat în sistemul TNC aşa că în cadrul unui clasament această schemă are, de asemenea, un handicap care este însă compensat parţial prin simplitatea sistemelor protecţiei ce pot fi eficientizate de către un personal uşor de pregătit şi instruit (tabelul 5.7).

La capitolul asigurării mentenanţei, sistemul IT, bun în privinţa prevenirii incendiilor, prezintă neajunsuri care de multe ori au făcut să fie înlocuit cu TN.

Se menţionează că aprecierile din tabelul 5.7, sunt făcute în ipoteza că măsurile preconizate la fiecare schemă se respectă riguros.


Nici unul dintre sistemele de protecţie indicate nu poate evita unele riscuri. Din acest motiv, în majoritatea soluţiilor de protecţie se folosesc legături redundante. De exemplu, în cazul sistemului TN se adoptă întotdeauna legarea repetată la pământ a conductorului neutru, fără de care întreruperea conductorului neutru aduce pericole în întreaga reţea în condiţiile în care carcasele sunt legate la conductorul de protecţie PE chiar în lipsa unui defect de izolaţie în reţea. Acest element este handicap suplimentar al schemei TNC pe lângă cel legat de posibilitatea producerii unor incendii în cazul întreruperi conductorului neutru în zona A (fig. 5.11) toate carcasele din aval, legate la PEN, primesc o tensiune apropiată de cea a prizei (faza A) prin impedanţa utilizatorului (utilizatorilor) în funcţiune, chiar în absenţa unui defect de izolaţie. În acest mod se diminuează riscul creşterii tensiuni pe conductorul neutru întrerupt. Ţinând seama de riscurile posibile, în anumite situaţii se pot adopta măsuri suplimentare de protecţie.

Principalele măsuri suplimentare preconizate în reţelele de JT sunt: - izolarea suplimentară de protecţie; - separarea de protecţie; - egalizarea şi dirijarea repartiţiei potenţialelor; - mijloacele individuale de protecţie. Spre deosebire de aceste măsuri suplimentare, TFJS/TFSP sunt considerate

măsuri de bază, aşa cum în ultima vreme se pot considera şi protecţile de tip PACD, PATD bazate pe principiul protecţilor diferenţiale (DDR în franceză, FU, FI în germană).

5.6 Măsuri suplimentare de protecţie

Principalele măsuri suplimentare pot fi: − izolarea suplimentară de protecţie; − separarea de protecţie; − egalizarea şi dirijarea repartiţiei potenţialelor; − protecţia automată împotriva tensiunilor/curenţilor de defect; În figura 5.11 este ilustrat un exemplu al unei reţele cu o schemă de tip TN–C. Dacă dintr-un anumit motiv, conductorul PEN se întrerupe în punctul A,

carcasele receptoarelor conectate în aval de punctul A ajung, în caz de defect, la tensiunea de fază, prin impedanţa internă a consumatorului, chiar în absenţa vreunui defect.

a) Izolarea suplimentară de protecţie Reducerea curentului electric ce străbate corpul uman (rezistenţa electrică a

acestuia) se obţine dacă în serie cu corpul uman se introduc elemente izolatoare de protecţie, caracterizate prin rezistenţe electrice de valoare ridicată. Sunt două căi pentru a realiza această măsură:

• prin izolarea de protecţie a echipamentului sau instalaţiei electrice, realizarea unei (izolare suplimentară a acestora), omul nu poate veni în contact cu elemente aflate sub tensiune, izolate suplimentar;

• prin izolarea amplasamentului, prevederea unei izolări între om şi pământ. Izolarea de protecţie a echipamentului electric se poate realiza în trei moduri:


a) sub forma unui înveliş protector suplimentar care acoperă toate elementele

accesibile unei atingeri (prin executarea carcaselor din material izolant sau acoperirea cu material izolant) simbol CEI ;

b) sub forma unei izolaţii intermediare între elementele accesibile unei atingeri şi elementele care ar putea ajunge sub tensiune: piese de separare, piese intermediare izolatoare;

c) sub forma unor izolaţie întărită, care este echivalentă cu o izolaţie de protecţie suprapusă peste cea de lucru.

A B C PEN

Fig. 5.11 − Apariţia pericolului de electrocutare în cazul întreruperii conductorului PEN.

A

N

PE

N

PE

R0

Izolarea de protecţie trebuie să fie executată cu materiale care să reziste în

timp la solicitări termice şi mecanice. Izolarea amplasamentului omului faţă de pământ se realizează prin acoperirea

cu material electroizolant a pardoselii şi a tuturor elementelor metalice aflate în zona de manipulare şi care sunt în legătură cu pământul. Această măsură este adecvată numai în cazul echipamentelor electrice fixe.

Valoarea rezistenţei straturilor Rd pentru izolarea amplasamentului se poate determina prin calcul în funcţie de curentul considerat nepericulos pentru om, de condiţile de mediu în care este situat locul de lucru, ţinând seama de tensiunea de alimentare a echipamentului şi de durata nedeterminată a fenomenului.

Pe baza valorilor obţinute pentru Rd se poate determina rezistivitatea minimă care trebuie să o îndeplinească materialele folosite pentru a asigura protecţia necesară. Menţinerea în exploatare la nivelele necesare reprezintă complicaţii dificile.

b) Separarea de protecţie Separarea de protecţie reprezintă (fig. 5.12) o metodă de protecţie cu ajutorul căreia se obţine o reţea izolată faţă de pământ în locul celei obişnuite, care funcţionează cu punctul neutru legat la pământ. Procedeul constă în introducerea unui transformator de separare, cu înfăşurări distincte şi izolaţie întărită (raport de transformare 1:1) sau a unui grup motor – generator cu înfăşurări distincte electric între reţeaua de alimentare şi receptoare. În acest fel, circuitul de lucru al utilajului


este separat electric de reţeaua de alimentare şi este izolat faţă de pământ, astfel încât nu se poate închide circuitul unui curent de defect şi deci nu poate să apară nici o tensiune de atingere. Reţeaua se transformă într-una de tip IT, prezentată anterior, dar poate funcţiona la tensiuni mai mari ca TFJS ori TFJP.

Fig. 5.12 − Separarea de protecţie.

R0

Riz

TS

S

Rezistenţa de izolaţie a reţelei izolate fiind suficient de ridicată poate limita astfel curentul electric prin corpul uman la valori nepericuloase, atunci când apare un defect de izolaţie a unei faze.

Al doilea defect de izolaţie, al altei faze este evident periculos. De aceea izolaţia cablului de alimentare a utilajului portativ trebuie verificată periodic. În scopul măririi siguranţei acestui sistem de protecţie, fiecare utilaj se alimentează de la un transformator de separe propriu, iar conductoarele de legătură se fac cât mai scurte.

În anumite condiţii se admite şi alimentarea mai multor echipamente dintr-o singură sursă de separare.

Separarea de protecţie se foloseşte ca metodă de protecţie în special la echipa-mente portative de puteri mari, care nu pot fi alimentate cu tensiune redusă. La acest sistem de protecţie trebuie acordată o atenţie deosebită utilizării şi montării regulamentare a conductoarelor şi în special izolării întregului circuit faţă de pă-mânt.

c) Egalizarea potenţialelor

Deoarece în vechile reglementări din ţara noastră, la JT, tensiunea de atingere se considera egală cu tensiunea pe priză, dirijarea repartiţiei potenţialului era o metodă folosită mai puţin în practică, fiind preferată egalizarea potenţialului.

Astăzi, dirijarea repartiţiei potenţialului poate fi practicată, conform [5.5, 5.6]. Principiul acestei metode constă în utilizarea unei instalaţii de protecţie adecvată, astfel încât, în cazul unei puneri la pământ, curentul electric de defect să determine ca tensiunile de atingere şi de pas să fie mai mici decât valorile maxime admise.

În interior, egalizarea şi dirijarea repartiţiei potenţialelor se realizează cu ajutorul unor inserţii metalice montate în pardoseală, legate la instalaţia de legare la pământ de protecţie din încăperea respectivă.

Dacă se reuşeşte ca valorile potenţialelor Uk să fie egale cu tensiunea prizei UP, se obţine o egalizare a potenţialelor, situaţie în care tensiunea de atingere se anulează. Cu cât potenţialele Uk, sunt mai apropiate ca valoare între ele, cu atât tensiunile de pas Upas sunt mai mici.


Dacă se reuşeşte ca valorile potenţialelor pe sol sau pardoseli Uk , să fie egale între ele se obţine, de asemenea, o egalizare a potenţialelor, adică tensiunea de pas se anulează. De menţionat că dirijarea repartiţiei potenţialelor poate realiza o bună protecţie în imediata apropiere a instalaţiei sau echipamentului electric, în jurul căruia s-a amplasat instalaţia de protecţie respectivă, dar poate conduce la valori mai mari la extremităţile prizei de protecţie. 5.7 Protecţia prin întreruperea automată a alimentării

Măsura de protecţie prin întreruperea automată a alimentării evită ca, la

apariţia unui defect de izolaţie, utilizatorul să fie supus la o tensiune de atingere periculoasă. În condiţii speciale, se impun valori de 25 V la tensiune alternativă şi 50 V la tensiune continuă.

În altă variantă, în loc de criteriul tensiunii de atingere, la comanda de deconectare se aplică cel al curentului de defect. Orice defect, apărut într-un echipament electric şi care provoacă circulaţia unui curent electric spre pământ, trebuie întrerupt într-un interval de timp care să asigure protecţia persoanelor.

Duratele admise pentru timp nelimitat find 50 V la tensiune alternativă şi 120 V la tensiune continuă pentru medii nepericuloase.Valorile admise ale duratei defectului sunt indicate în tabelul din capitolul 9, în funcţie de tensiunea de atingere.

Această măsură de protecţie se aplică prin utilizarea unui dispozitiv de pro-tecţie care separă automat, într-un anumit timp, funcţie de valoarea şi durata curentului electric de defect sau a tensiunii de atingere, alimentarea circuitului echipamentului sau utilajului protejat împotriva contactelor indirecte, în caz de defect. Protecţia împotriva atingerilor indirecte prin întreruperea automată a alimentării se realizează fie prin supravegherea tensiunii de defect, fie cu dispozitivele diferenţiale rapide (DDR).

a) Supravegherea tensiunilor de defect În acest caz se asigură controlul tensiunilor faţă de pământ care apar în caz de

defect la carcasa aparatului protejat (fig. 5.13). Bobina de declanşare a întreruptorului este conectată ca un voltmetru între

carcasă şi pământ. Principiul este foarte simplu. Se leagă toate elementele metalice de protejat la un conductor comun de protecţie. În plus, este necesar şi un conductor auxiliar de legare la pământ.

Conductorul comun de protecţie se conectează la borna K, iar conductorul auxiliar la pământ, la borna H a bobinei întreruptorului automat. Dacă apare o tensiune de defect la carcasă, prin bobina de declanşare trece un curent electric care, la depăşirea unei anumite valori, determină declanşarea întreruptorului.

Dezavantajele protecţiei automate de acest tip sunt: a) calea naturală a protecţiei contra tensiunilor de atingere periculoase, constă

într-o legătură la pământ, cu o rezistenţă electrică cât mai redusă, a carcaselor elementelor dintr-o instalaţie; nu este cazul aici unde conductorul ce leagă carcasa la pământ are o impedanţă mare;

b) bobina de declanşare, intercalată în serie, se poate defecta; de asemenea, defectarea întreruptorului poate conduce la arderea bobinei de declanşare, astfel


încât carcasa protejată va prezenta întreaga tensiune a reţelei, în cazul unui defect de izolaţie;

c) ca urmare a rezistenţei electrice mari a bobinei de declanşare, până în momentul întreruperii curentului electric, întreaga tensiune a reţelei este prezentă la carcasa aparatului cu defect;

d) ca urmare a impedanţei mari a bobinei legată la pământ, în cazul reţelelor aeriene şi a descărcărilor electrice, pot apărea deteriorări ale bobinei, chiar dacă se conectează un descărcător de joasă tensiune în paralel la bornele bobinei.

Acest mod de protecţie este considerat astăzi ca fiind depăşit.

A B C N

RE

Fig.5.13 - Schema der principiu a întreruptorului tip FU: S - întreruptor de protecţie; RE − priza de pământ de exploatare; RN − priza de pământ auxiliară ; PE −

conductor de protecţie.

A B C

M

U V W H

S

conectat deconectat

RN PE

3/N; 230/400 V; 50 Hz

K

b) Supravegherea curenţilor de defect

Cel mai important element al acestei scheme (fig. 5.14), în afara aparatului de declanşare, este transformatorul de curent electric diferenţial, de secvenţă zero. Dacă schema protejată nu prezintă nicio scurgere de curent electric (defect) la pământ, în secundarul transformatorului diferenţial nu se induce nicio tensiune. Nu prezintă importanţă dacă sarcina este echilibrată sau nu, dacă forma curenţilor electrici este sinusoidală sau distorsionată. În cazul în care apare un defect de izolaţie, într-unul dintre echipamentele din instalaţie, un curent electric de defect se va scurge spre pământ, datorită căruia suma curenţilor electrici în transformatorul diferenţial va fi diferită de zero. În secundarul transformatorului va apărea o tensiune indusă, care va determina deconectarea întreruptorului într-un timp mai scurt de 30 ms. Condiţia principală pentru funcţionarea unei astfle de protecţii este ca rezistenţa electrică de legare la pământ să facă posibilă trecerea curentului electric de defect necesar pentru deconectarea întreruptorului. Valoarea acestei rezistenţe este stabilită de normele în vigoare şi rezultă din relaţia

F

LE I

UR = , (5.17)


în care IF este curentul electric de declanşare, iar UL − tensiunea admisă pentru timpul de acţionare al întreruptorului.

Prin creşterea sensibilităţii declanşatorului poate fi crescută şi rezistenţa de legare la pământ, ceea ce reprezintă un avantaj în realizarea acesteia. La utilizarea acestui sistem de protecţie trebuie să fie îndeplinite trei condiţii esenţiale: − toate liniile de alimentare trebuie să treacă prin întreruptor, de asemenea conductorul neutru (nu şi conductorul de protecţie PE); − toate liniile de alimentare, după întreruptorul de deconectare trebuie să fie perfect izolate faţă de pământ; − toate aparatele dintr-o instalaţie trebuie să fie legate la pământ.

A B C N

PE

RE

Fig.5.14 - Schema de principiu a întreruptorului FI (PACD): Rp – priză de protecţie; T – buton de încercare; S0 – transformator toroidal de curent de

succesiune zero; OE – organ de execuţie.

M

OE

T RP

S0

RP

c) Avantajele protecţiei prin curenţi electrici de defect Protecţia la curenţi de defect are o importanţă din ce în ce mai mare. Acest fapt este determinat şi de creşterea neobişnuită a numărului de incendii în instalaţiile electrice de joasă tensiune. Principalul avantaj al dispozitivului diferenţial bazat pe curentul electric de defect constă în marea sa sensibilitate ce permite acţionarea la valori reduse a curentului electric de defect. Insensibilitatea la defectele simetrice, asigură posibilitatea acţionării extrem de rapide, fără implicaţii asupra protecţiei prin relee. PACD (DDR) are şi capacitatea de a sesiza sustragerile de energie electrică prin circuite care ocolesc contoarele, ceea ce recomandă folosirea sa la branşamentele de abonat. Sensibilitatea şi rapiditatea DDR îl fac capabil să contribuie la eliminarea, aproape în totalitate, a incendiilor determinate de scurtcircuitele din instalaţiile electrice.


Pe de altă parte, rapiditatea de acţionare corelată cu sensibilitatea, permit legarea carcasei protejate la o priză de pământ având o rezistenţă electrică de dispersie mult mai mare ca în cazul protecţiei prin legare la conductorul neutru sau la pământ. Chiar considerând tensiunile limită de 50 V sau 25 V, la curenţii diferenţiali ai dispozitivelor DDR lente (t ≥ 3 s), rezistenţele de dispersie necesare sunt de ordinul sutelor de ohmi (25 ··· 1000 Ω, la sensibilităţi de 30 ··· 1000 mA). Trebuie subliniat faptul că alegerea unor dispozitive diferenţiale de mare sensibilitate poate fi limitată de diferenţa dintre rezistenţele de izolaţie ale fazelor instalaţiei protejate, fapt care poate conduce la declanşări intempestive. Blocul general de comandă şi protecţie al unei instalaţii electrice alimentată din reţeaua electrică publică de joasă tensiune, respectiv disjunctorul de branşament, poate să aibă şi funcţie diferenţială. În acest caz, acesta permite şi evitarea sustragerilor de energie electrică din reţeaua electrică. În cazul utilizării dispozitivelor diferenţiale de protecţie, selectivitatea poate fi realizată pe orizontală sau pe verticală, în cascadă (fig. 5.15).

Disjunctor de branşament fără funcţie diferenţială

DDR

c) d)

Fig. 5.15 − Schema de selectivitate la dispozitivele diferenţiale: a) selectivitate la un defect de izolaţie; b) selectivitate pe verticală; c) selectivitate pe verticală (în

cascadă, în două trepte); d) selectivitate în cascadă (în trei trepte); B − branşament; IC − instalaţie de utilizare.

Disjunctor de branşament fără funcţie diferenţială

DDR1 DDR2 DDR3

DDR 500 mA

DDR 30 mA

DDR 1A; 400 ms

DDR 30 mA DDR 30 mA

DDR 500 mA; 40 ms

B

IC

a)

B

IC

b)

B

IC

B

IC

Bibliografie [5.1] *** Efectele curentului asupra omului si animalelor domestice. Partea 1:Aspecte generale, SR

CEI 60479-1:1995.


[5.2] *** Efectele trecerii curentului prin corpul omului. Partea 2: Aspecte particulare. SR CEI

60479-2:1995. [5.3] *** Efectele curentului asupra omului si animalelor domestice. Partea 3: Efectele trecerii cu-

rentului prin corpul animalelor domestice, SR CEI 60479-3: 2005. [5.4] *** Efectele curentului asupra omului si animalelor domestice. Partea 4: Efectele loviturilor de

trăsnet asupra omului si animalelor domestice, SR CEI/TR 60479-4: 2005. [5.5] *** Protection against electric shock - Common aspects for installation and equipment, IEC

61140-am1: 2004. [5.6] *** Protection against electric shock - Common aspects for installation and equipement, CEI

61140:2004. [5.7] *** Protecţia împotriva electrocutărilor. Limite admise, STAS 2612-87. [5.8] *** Normativului privind proiectarea, execuţia şi exploatarea instalaţiilor electrice aferente

clădirilor , I7/2011 [5.9] Voiculescu C. I., Petriciu C. I., Anatomia şi fiziologia omului, Editura Medicală, Bucureşti,

1974. [5.10] Drăgan G., Tehnica tensiunilor înalte, vol. III, Editura Academiei Române, Bucureşti 2003. [5.11] *** Protecţia împotriva şocurilor electrice. Aspecte comune in instalaţii şi echipamente

electrice, SR EN 61140: 2002. [5.12] Sufrim M., Protecţia împotriva tensiunilor accidentale, Editura Tehnică, Bucureşti, 1967. [5.13] *** Metodele şi măsurile de protecţie în instalaţiile electrice de joasă tensiune şi protecţia

împotriva supratensiunilor, SR CEI 60364-4. [5.14] *** Instalaţii electrice in construcţii. Partea 4: Protecţie pentru asigurarea securităţii.

Protecţie împotriva perturbaţiilor de tensiune si perturbaţiilor electromagnetice, SR CEI 60364-4-44.2005.

[5.15] *** Instalaţii electrice in construcţii. Partea 4: Protecţie pentru asigurarea securităţii. Protecţie împotriva perturbaţiilor de tensiune si perturbaţiilor electromagnetice, SR CEI 60364-4-44:2005/A1, 2005.

[5.16] *** Power installations exceeding 1 kV a.c., HD 637 S1:1999 [5.17] *** Manualul instalaţiilor electrice, Schneider Electric, Bucureşti, 2007.

Documents

Cap.5 Protectie La Socuri Electrice