curs11-12 protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

18
11/12-1 InstalaŃii Electrice Dr. Florin POP, profesor Cursul 11-12 Cap. 6 InstalaŃii de protecŃie împotriva şocurilor electrice 6.1 Caracteristici generale Schemele reŃelei de distribuŃie şi a sistemului de protecŃie Schema IT Schema TT Schema TN-S Schema TN-CS Completări din normativul I7, cap. 3.5 ..... .....

Upload: mariandekatel

Post on 29-Jun-2015

164 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-1

InstalaŃii Electrice Dr. Florin POP, profesor

Cursul 11-12 Cap. 6 InstalaŃii de protecŃie împotriva şocurilor electrice 6.1 Caracteristici generale Schemele reŃelei de distribuŃie şi a sistemului de protecŃie Schema IT Schema TT Schema TN-S Schema TN-CS Completări din normativul I7, cap. 3.5 ..... .....

Page 2: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-2

Page 3: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-3

ProtecŃia împotriva electrocutării prin atingere indirectă la instalaŃii şi echipamente electrice fixe alimentate din reŃele electrice legate direct la pământ de joasă tensiune (simbol T) se realizează prin aplicarea sistemului de protecŃie prin legare la nul (simbol N), schema TN. În cazuri justificate, se poate aplica în loc de legarea la nul (schema TN) una din următoarele sisteme de protecŃie: - legarea la pământ de protecŃie (schema TT); - izolarea de protecŃie; - separarea de protecŃie; - utilizarea tensiunii reduse; - protecŃia automată împotriva curenŃilor de defect (PACD); - protecŃia automată împotriva tensiunilor de defect (PATD).

Legarea la conductoarele de nul de protecŃie este obligatoriu să fie cumulată cu legarea la priza de pământ a bornelor sau barelor de nul ale tablourilor de distribuŃie şi a nulului de la sursa de alimentare cu energie electrică (generator sau transformator).

Conductorul de nul de protecŃie (simbol PE) trebuie să fie diferit de conductorul de nul de lucru (simbol N) folosit pentru scopuri tehnologice ca parte activă a instalaŃiei. Totdeauna, de la

Page 4: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-4

ultimul punct al circuitului de nul legat la pământ, respectiv de la ultimul tablou la care borna sau bara de nul este legată la pământ, în sensul fluxului de energie electrică, până la elementul care trebuie racordat la conductorul de nul de protecŃie (simbol PE), acesta din urmă trebuie să fie diferit de conductorul de nul de lucru (simbol N). În toate celelalte cazuri, în care conductoarele de nul sunt încadrate între legături la pământ (de exemplu, între bornele şi barele de nul ale tablourilor legate la pământ), aceste conductoare se folosesc în comun, atât pentru protecŃie cât şi pentru lucru (simbol PEN). DefiniŃii. Tensiune foarte joasă de securitate (TFJS) - tensiune care nu depăşeşte 50 V valoare efectivă în c.a. între conductoare sau între un conductor oarecare şi pământ într-un circuit la care separarea de reŃeaua de alimentare este asigurată de mijloace precum transformatorul de separaŃie sau convertizorul cu înfăşurări separate. Clase de echipament în raport cu modul cum este realizată protecŃia împotriva şocurilor electrice.

Echipament de clasă 0 - la care protecŃia se bazează pe izolaŃia principală; aceasta înseamnă că nu este prevăzută nici o măsură pentru legarea părŃilor conductoare accesibile, dacă există, la un conductor de protecŃie care face parte din instalaŃia electrică fixă, protecŃia în caz de defect bazându-se pe împrejmuire.

Echipament de clasă I - la care protecŃia nu se bazează pe izolaŃia principală, ci este prevăzută o măsură suplimentară de protecŃie printr-un mijloc de legare a părŃilor conductoare accesibile la un conductor de protecŃie legat la pământ, care face parte din instalaŃia electrică fixă, astfel încât părŃile conductoare accesibile să nu poată deveni periculoase în caz de defect al izolaŃiei principale.

Echipament de clasă II - la care protecŃia nu se bazează numai pe izolaŃia principală, ci sunt prevăzute măsuri suplimentare de protecŃie, precum izolaŃia dublă sau izolaŃia întărită; aceste măsuri nu cuprind modul de legare la pământ de protecŃie şi nu depind de condiŃiile de instalare.

Echipament de clasă III - la care protecŃia se bazează pe alimentarea cu tensiune foarte joasă de securitate (TFJS) şi la care nu sunt transmise tensiuni mai mari de TFJS.

Page 5: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-5

Efectele curentului asupra omului. Pentru acelaşi traseu al curentului prin corpul omului, pericolul la care sunt expuse persoanele depinde în mod esenŃial de intensitatea şi de durata trecerii curentului; criteriul de proiectare a protecŃie împotriva şocurilor electrice este limita admisibilă a tensiunii de atingere (produsul dintre curentul care trece prin corpul omului şi impedanŃa sa) în funcŃie de timp. RelaŃia dintre curent şi tensiune nu este liniară datorită faptului că impedanŃa omului variază cu tensiunea de atingere. Diferitele părŃi ale corpului uman - precum pielea, sângele, muşchii, celelalte Ńesuturi şi articulaŃii - prezintă pentru curentul electric o anumită impedanŃă compusă din elemente rezistive şi capacitive. Valorile acestor impedanŃe depind de mai mulŃi factori şi în special de traseul curentului, de tensiunea de atingere, de durata trecerii curentului, de frecvenŃa curentului, de starea de umiditate a pielii, de suprafaŃa de contact, de presiunea exercitată şi de temperatură.

Accidentele în curent continuu sunt mult mai puŃin frecvente, luând în considerare numărul de aplicaŃii şi de accidente mortale care se produc numai în condiŃii foarte nefavorabile, de exemplu în mine.

ImpedanŃa electrică totală a corpului omului este alcătuită din componente rezistive şi capacitive, fiind determinată de impedanŃa internă şi impedanŃa pielii. RezistenŃa iniŃială a corpului omului depinde în principal de traseul curentului şi, în mai mică măsură, de suprafaŃa de contact; în momentul în care se aplică tensiunea de atingere, capacităŃile omului nu sunt încărcate, astfel că rezistenŃa iniŃială este aproximativ egală cu impedanŃa internă a corpului omului. Pentru traseul de curent mână-mână sau mână-picior şi pentru suprafeŃe de contact mari poate fi considerată egală cu 500 Ω pentru 5% din populaŃie, în curent alternativ 50/60 Hz şi în curent continuu. Figura indică valorile impedanŃei interne ale corpului omului pentru diferite trasee, exprimate în procente din valoarea pentru traseul de la mâna stângă la mâna dreaptă.

Valorile impedanŃei totale ale corpului omului indicate în tabel şi figură sunt valabile pentru subiecŃi în viaŃă, traseul mână-mână sau mână-picior, cu suprafeŃe de contact mari (5.000

Page 6: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-6

mm2 până la 10.000 mm2) în condiŃii de mediu uscate. Valorile impedanŃei totale ale corpului omului la 50/60 Hz se reduc pentru frecvenŃe mai mari din cauza influenŃei capacităŃii pielii.

Pragul de nedesprindere este valoarea maximă a curentului pentru care o persoană care Ńine electrozii în mâini poate să se desprindă de ei. Valoarea sa depinde de mai mulŃi parametri cum ar fi: suprafaŃa de contact, forma şi dimensiunile electrozilor, caracteristicile fiziologice ale individului. În practică este luată în considerare o valoare de aproximativ 10 mA.

Fibrila Ńia ventriculară este considerată drept cauză principală a decesului prin şoc electric. De asemena, există cazuri de deces prin asfixiere sau oprirea inimii. Efecte patofiziologice precum contracŃii musculare, dificultăŃi de respiraŃie, creşterea presiunii sanguine, perturbaŃii în formarea şi propagarea impulsurilor în inimă, inclusiv fibrilaŃia auriculară şi oprirea provizorie a inimii se pot produce şi fără fibrilaŃie ventriculară. Astfel de efecte nu sunt mortale şi în mod normal sunt reversibile, dar pot produce mărci (urme) de curent. Pentru durate de şoc mai mici de 0,1 s, fibrilaŃia se poate produce pentru curenŃi cu intensitate mai mare de 500 mA dacă şocul se produce în timpul perioadei vulnerabile a ventricolelor în timpul ciclului cardiac. Pentru curenŃi de mai mulŃi amperi, se pot produce arsuri grave care provoacă leziuni serioase şi chiar decesul. În figură şi tabel sunt prezentate zonele timp/curent ale efectelor curenŃilor tensiunii alternative de 15 Hz până la 100 Hz.

Page 7: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-7

Page 8: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-8

Măsuri de protecŃie Mijloacele tehnice pentru protecŃia împotriva electrocutării prin atingere indirectă sunt următoarele:

- alimentarea la tensiune redusă; - legarea la priza de pământ; - legarea la conductoare de protecŃie (termen popular „legare ala nul de protecŃie”); - dirijarea distribuŃiei potenŃialelor; - egalizarea potenŃialelor; - izolarea suplimentară de protecŃie aplicată echipamentului electric; - izolarea zonei de manipulare a omului (izolarea amplasamentului); - protecŃia prin separare; - protecŃia automată împotriva tensiunilor de defect (PATD); - protecŃia automată împotriva curenŃilor de defect (PACD); - folosirea mijloacelor de protecŃie electroizolante; - controlul permanent al rezistenŃei de izolaŃie. Pentru echipamentele portabile se aplică unul din mijloacele de protecŃie: - alimentarea la

tensiune redusă; - egalizarea potenŃialelor; - izolarea suplimentară de protecŃie aplicată echipamentului electric; - protecŃia prin separare; aceste mijloace de protecŃie nu sunt condiŃionate de menŃinerea tensiunilor de atingere şi de pas sub limitele admise, respectiv de timpul de deconectare în cazul unui defect.

Măsurile de protecŃie împotriva atingerilor indirecte pot fi grupate astfel: - întreruperea automată a alimentării; - utilizarea echipamentelor de clasă II sau cu izolaŃie echivalentă; - izolarea amplasamentelor; - legături echipotenŃiale locale nelegate la pământ; - separare electrică. Utilizarea dispozitivelor de curent diferenŃial rezidual, la care valoarea curentului

diferenŃial nominal de funcŃionare este mai mică sau egală cu 30 mA, este recunoscută ca măsură de protecŃie suplimentară în caz de defectare a celorlalte măsuri de protecŃie împotriva atingerilor sau în caz de imprudenŃă a utilizatorilor.

Prize de pământ O priză de pământ naturală şi/sau artificială poate fi utilizată în comun pentru legarea la pământ a următoarelor categorii de instalaŃii de protecŃie: - împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă; - împotriva supratensiunilor (atmosferice sau de comutaŃie); - punctele de recepŃie cu antenă colectivă de radio şi televiziune.

Legarea directă a instalaŃiilor de paratrăsnet la priza de pământ de protecŃie folosită în comun se admite numai cu condiŃia ca rezistenŃa de dispersie a acesteia să fie mai mică sau cel mult egală cu 1 Ω.

CondiŃii de stabilitate termică. În toate instalaŃiile electrice trebuie să se prevadă protecŃii pentru semnalizarea şi/sau întreruperea circuitului cu defecte. Timpul de întrerupere trebuie să fie sub 3 s pentru instalaŃiile sau echipamentele electrice fixe sau mobile; această prevedere nu este obligatorie pentru echipamentele portabile. Pe durata trecerii curenŃilor de defect, temperatura conductorului de protecŃie neizolat suprateran nu trebuie să depăşească 200 °C, respectiv 300 °C în cazul în care în apropiere nu se află materiale combustibile. Această condiŃie este îndeplinită dacă densitate de curent J determină un echilibru între căldura dezvoltată în conductor şi cea transmisă spaŃiului înconjurător, fără ca temperatura conductorului să depăşească limita maximă admisă – tabel

Materialul conductorului Densitatea de curent maxim

admisă, în A/mm2, pentru t = 1 s

Page 9: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-9

OŃel 70 Aluminiu sau oŃel-aluminiu 105 Cupru 160

În calculul instalaŃiei de protecŃie se ia în considerare intensitatea curentului de defect

monofazat (Idm). În cazul în care valoarea acestui curent nu este determinată, se consideră o valoare egală cu 1,25 ori valoarea curentului de reglaj a protecŃie maximale a întreruptorului (Idm=1,25·Id); în cazul în care protecŃia maximală se realizează numai cu siguranŃe, se consideră în calcul curentul Idm=k·Ins, în care Ins este curentul nominal al siguranŃei fuzibile, iar k=3,5 pentru siguranŃe cu Ins ≤ 50 A şi k = 5 pentru siguranŃe cu Ins ≥ 63 A. Timpul de calcul este cel al protecŃiei maximale. 6.2 ProtecŃia prin legarea la priza de pământ Legarea la priza de pământ (simbol T) constituie măsura de protecŃie principală la reŃea izolată (sau compensată) - simbol I - de înaltă sau joasă tensiune, la reŃea legată direct la pământ (sau prin rezistenŃă ohmică) - simbol T - de înaltă şi joasă tensiune (în acest al doilea caz, numai pe baza unei justificări tehnico-economice). Ea constituie măsură de protecŃie suplimentară la protecŃia prin legare la nul (simbol N) la reŃea legată direct la pământ (sau prin rezistenŃă ohmică) - simbol T - de joasă tensiune. a) Legarea la priza de pământ (se notează pentru prescurtare “PP”) pentru instalaŃiile şi echipamentele electrice din reŃelele de înaltă tensiune se cumulează cu unul sau mai multe din mijloacele de protecŃie următoare: - dirijarea distribuŃiei potenŃialelor; - egalizarea potenŃialelor; - izolarea zonei de manipulare a omului (izolarea amplasamentului); - folosirea mijloacelor de protecŃie electroizolante. OpŃiunea se face pe baza unei justificări tehnico-economice în funcŃie de condiŃiile specifice (valoarea curentului de punere la pământ Ip, rezistivitatea solului ρs, limita maximă a tensiunii de atingere Ua şi de pas Up, tensiunea apărută prin cuplaj rezistiv.

InstalaŃia de protecŃie se dimensionează Ńinând cont de următoarele condiŃii de bază: R I k

Up p a

a

a

+ −≤

α β 1 şi R I k

Up p pas

pas

pas

⋅≤

α şi 0 85, ⋅ ⋅ ≤R I r Up p R

unde Rp este rezistenŃa de dispersie rezultantă a PP; ka şi kpas - coeficienŃii de atingere şi de pas care caracterizează dirijarea distribuŃiei potenŃialelor; αa, αpas şi β - coeficienŃii de amplasament, datorită izolării amplasamentului; Ua şi Upas - limitele maxime admise ale tensiunilor de atingere şi de pas; au valori în funcŃie de: - timpul protecŃiei de bază (timpul de deconectare); - mijloace de protecŃie electroizolante folosite; - zona de amplasare (frecvenŃa circulaŃiei) a instalaŃiei sau a echipamentului electric; - categoria echipamentului electric; Ip - partea din curentul de defect care trece efectiv prin prizele de pământ (la calcul se Ńine seama de toate căile de întoarcere ale curentului de defect); UR - limita maximă admisă a tensiunii datorită cuplajului respectiv; r - factorul de reducere a influenŃei prin cuplaj rezistiv, rezultant. CoeficienŃii de amplasament se definesc conform STAS 12604 prin următoarele relaŃii:

α=(Rd+Rh)/Rh şi β =(Riz+Rh)/Rh, în care Rh este rezistenŃa electrică a corpului omenesc, Rd - rezistenŃa echivalentă de izolare la picioarele omului faŃă de pământ, Riz - rezistenŃa stratului izolant faŃă de elementele conductive în contact cu pământul. În cazul atingerii unei părŃi ajunse accidental sub tensiune şi a pământului (situaŃie care generează tensiunea de atingere Ua), coeficientul de amplasament este αa şi se calculează cu rezistenŃa echivalentă de izolare denumită Rda. În cazul atingerii cu picioarele a două puncte de pe sol având potenŃiale diferite (situaŃie care generează tensiunea de pas Upas), coeficientul de amplasament este αpas şi se calculează cu rezistenŃa echivalentă de izolare denumită Rdpas. Între rezistenŃe există relaŃia Rdpas=4Rda, astfel că şi între coeficienŃii de amplasament există relaŃia αpas =4 αa-3.

Page 10: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-10

b) Legarea la PP pentru instalaŃiile şi echipamentele electrice din reŃelele de joasă tensiune izolate faŃă de pământ (pentru schema IT) este metodă principală de protecŃie şi se cumulează cu: - controlul permanent al rezistenŃei de izolaŃie (a echipamentului); - controlul permanent al rezistenŃei de izolaŃie a reŃelei, cu posibilitatea de declanşare sau numai de semnalizare, după caz (în funcŃie de condiŃiile specifice). Este interzis ca într-o reŃea izolată să se aplice ca mijloc de protecŃie legarea la neutru. De asemenea, este interzis a se folosi neutrul reŃelei pentru realizarea unui circuit de lucru (circuit activ) pentru alimentarea cu energie electrică a unui consumator. InstalaŃia de protecŃie prin legare la pământ se dimensionează conform relaŃiilor de mai sus, valabile la instalaŃiile şi echipamentele de înaltă tensiune. c) Legarea la PP pentru instalaŃiile şi echipamentele electrice din reŃelele de joasă tensiune legate la pământ (pentru schema TT) ca metodă principală de protecŃie se admite numai pe baza unei justificări tehnico-economice, fără a mai fi necesară adăugarea altor mijloace de protecŃie (cu excepŃia stâlpilor liniilor electrice aeriene). InstalaŃia de protecŃie prin legare la pământ se dimensionează Ńinând seama de următoarea relaŃie de bază:

R I k Up ns s a⋅ ≤ sau R I k Up ri i a⋅ ≤

unde Rp este rezistenŃa de dispersie rezultantă a PP; Ua - limita maximă admisă a tensiunii de atingere, conform STAS 2612; Ins - curentul nominal al siguranŃei prin care se realizează protecŃia împotriva curenŃilor de defect (protecŃia maximală); Iri - curentul de reglaj al întreruptorului prin care se realizează protecŃia împotriva curenŃilor de defect (protecŃia maximală); ks - coeficient de siguranŃă de calcul determinat astfel încât să fie îndeplinită condiŃia de topire a fuzibilului siguranŃei într-un timp de cel mult 3 s; dacă nu se dispune de valori exacte din partea producătorului siguranŃei, se consideră următoarele valori: ks=3,5 pentru Ins≤50 A şi

ks=5 pentru In≥63 A; ki - coeficient de calcul pentru condiŃia de funcŃionare a releului de curent (al protecŃie maximale) din întreruptor într-un timp de cel mult 3 s; dacă producătorul întreruptorului nu prevede altfel, se consideră ki=1,25. Această cerinŃă este extrem de greu de îndeplinit în condiŃii normale de funcŃionare a instalaŃiilor electrice. Să considerăm un fuzibil de 16 A, pentru protecŃia unui motor de 1,5 kW. RezistenŃa de dispersie rezultantă devine Rp≤65/(16·3,5)=1,16 Ω, valoare greu de obŃinut. Cu cât mai mare este puterea motorului, cu atât mai mică devine valoarea rezistenŃei de dispersie care nu se poate asigura în condiŃii economice rezonabile (reluând exemplul pentru un motor de 7,5 kW, o siguranŃă fuzibilă de 50 A, rezultă rezistenŃa de dispersie de 0,37 Ω). Din acest motiv protecŃia prin legare la pământ nu a prezentat şi nu prezintă interes practic în reŃelele de joasă tensiune legate la pământ. Pentru stâlpii liniilor electrice aeriene la care se aplică şi dirijarea distribuŃiei potenŃialelor sau izolarea amplasamentului, condiŃia de dimensionare se poate reduce la condiŃia

ka=kpas=65/Uf sau αa=αpas=U f /65, în care Uf este tensiunea fazei faŃă de pământ. Pentru echipamentele electrice portabile (utilaje, scule) se admite şi aplicarea mijlocului de protecŃie prin legare la PP dacă se asociază cu folosirea mijloacelor de protecŃie electroizolante, în cazul reŃelelor legate la pământ (cu schema TT sau TN), respectiv dacă se asociază cu folosirea mijloacelor de protecŃie electroizolante şi controlul permanent al rezistenŃei de izolaŃie (a echipamentului), în cazul reŃelelor izolate faŃă de pământ (cu schema IT). Legarea la priza de pământ se realizează prin racordarea elementelor cărora trebuie să li se asigure o protecŃie împotriva electrocutării prin atingere indirectă, la PP. Aceasta trebuie să aibă o rezistenŃă de dispersie suficient de mică pentru ca în cazul unui defect să se obŃină cel puŃin stabilirea unui curent suficient de mare pentru a determina acŃionarea protecŃiei maximale de curent montată înaintea elementului protejat, în decurs de max. 3 s. În cazul în care acest timp nu se poate respecta, trebuie să se obŃină ca tensiunile de atingere şi de pas să nu depăşească limitele maxime admise conform STAS 2612, pentru timpi de declanşare mai mari de 3 s.

Page 11: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-11

De regulă, se realizează o reŃea generală de legare la pământ care deserveşte toate elementele ce trebuie legate la pământ (indiferent de categoria acestora), aflate în aceeaşi incintă sau platformă. Se admite realizarea unor PP separate între ele, pentru diferite categorii de elemente care trebuie legate la pământ, numai în cazuri speciale, justificate tehnic şi economic prin condiŃiile specifice. 6.3 ProtecŃia prin legarea la conductorul de protecŃie ProtecŃia împotriva electrocutării prin atingere indirectă la instalaŃii şi echipamente electrice fixe racordate la reŃelele electrice legate direct la pământ de joasă tensiune (simbol T) se realizează, de regulă, prin aplicarea sistemului de protecŃie prin legare la conductorul de protecŃie(simbol N), schema TN. Se admite legarea la priza de pământ (simbol T) numai pe baza unei justificări tehnico-economice.

Legarea la conductorul de protecŃie (schema TN) se realizează prin cumularea cu una sau mai multe din următoarele mijloace de de protecŃie: - obligatoriu legarea la PP a bornelor sau barelor de protecŃie PE ale tuturor tablourilor de distribuŃie şi a nulului de la sursa de alimentare cu energie electrică (generator sau transformator) (Nota mea: aceasta nu e metodă de protecŃie, ci modalitate de asigurare a potenŃialului conductorului de nul şi de asigurare a unor căi de întoarcere a curentului de defect în caz de întrerupere accidentală a condutorului de nul din reŃea); - egalizarea potenŃialelor; - izolarea zonei de manipulare a omului (izolarea amplasamentului); - protecŃia automată împotriva tensiunilor de defect (PATD); - protecŃia automată împotriva curenŃilor de defect (PACD), în funcŃie de condiŃiile specifice (gradul de asigurare a declanşării în caz de defect, categoria locului de lucru, materialul conductorului de nul de protecŃie).

Legarea la conductoarele de protecŃie PE se realizează astfel încât să se poată obŃine un curent de defect suficient de mare pentru a asigura declanşarea în decurs de max. 3 s. Legarea la PP se realizează astfel încât să se poată obŃine căi de întoarcere a curentului de defect şi de protecŃie (nota mea: care curent de protecŃie?) în cazul unor întreruperi accidentale ale conductoarelor de nul de protecŃie.

Sistemul de protecŃie cu legarea la conductorul de protecŃie (schema TN) trebuie realizat astfel încât să se asigure protecŃia necesară împotriva electrocutării prin atingere indirectă (evitarea menŃinerii unor tensiuni de atingere periculoase mai mult de 3 s), chiar dacă au loc următoarele categorii de defecte: - inversarea, din eroare, a unui conductor activ cu un conductor de protecŃie; - atingerea accidentală a conductorului de protecŃie cu un conductor sau bornă activă; - întreruperea accidentală a conductorului de protecŃie.

La mijlocul de protecŃie prin legare la nul de protecŃie se cumulează obligatoriu cu cel puŃin unul din cele cinci mijloace de protecŃie menŃionate mai sus, în cazul în care există cel puŃin una din următoarele situaŃii: - nesiguranŃa declanşării în caz de defect; - locul de muncă este periculos sau foarte periculos; - conductorul de legare la nul de protecŃie este din aluminiu. Legarea la conductoarele de protecŃie PE se realizează prin racordarea elementelor la care trebuie să se prevadă o protecŃie împotriva electrocutării prin atingere indirectă la conductoarele legate (direct sau prin alte conductoare) la punctul de nul al sursei de energie electrică (transformator sau generator), astfel încât impedanŃa circuitului de închidere a curentului de defect să fie suficient de mică pentru a se obŃine un curent suficient de mare care să determine acŃionarea protecŃiei maximale de curent, montată înaintea elementului protejat, într-un timp de cel mult 3 s.

De regulă conductorul de protecŃie (simbol PE) trebuie să fie diferit de conductorul de nul de lucru (simbol N) folosit pentru scopuri tehnologice ca parte activă a instalaŃiei. Totdeauna, de la ultimul punct al circuitului de nul legat la pământ, respectiv de la ultimul tablou la care borna sau bara de nul este legată la pământ, în sensul fluxului de energie electrică, până la elementul care trebuie racordat la conductorul de protecŃie (simbol PE), acesta din urmă trebuie să fie

Page 12: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-12

diferit de conductorul de nul de lucru (simbol N). În toate celelalte cazuri, în care conductoarele de nul sunt încadrate între legături la pământ (de ex. între bornele şi barele de nul ale tablourilor legate la pământ), aceste conductoare se folosesc în comun, atât pentru protecŃie cât şi pentru lucru (simbol PEN).

Este de subliniat utilizarea greşită a termenului "pământare" asociat protecŃiei prin legare la conductorul de protecŃie. Conductorul de protecŃie PE la care se racordează carcasele receptoarelor şi tablourilor electrice face parte din conducta electrică de alimentare, fiind al treilea conductor pentru un receptor monofazat – conductor de fază L1; conductor de nul de lucru N; conductor de protecŃie PE, respectiv al cincilea conductor pentru un receptor trifazat - conductoare de faze L1, L2, L3; conductor de nul de lucru N; conductor de protecŃie PE. Este însă adevărat că acest conductor de protecŃie PE se leagă la pământ la acel tablou la care se conectează împreună cu conductorul de nul de lucru N, pentru a se asigura potenŃialul zero al conductei de protecŃie (al doilea tablou de distribuŃie din figură). Din acest moment spre amonte va exista un conductor comun de nul şi de protecŃie PEN. Aceeaşi exprimare greşită "prize cu pământare" este folosită în legătură cu prizele cu contact de protecŃie de uz general (din locuinŃe, birouri). Lamelele de protecŃie ale acestor prize sunt racordate la conductorul de protecŃie PE în sistemul de protecŃie prin legare la conductorul de nul conform schemei TN.

Page 13: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-13

Exemplu de realizare a protecŃiei prin legare la nul de protecŃie PEN – Conductor neutru şi de protecŃie N – Conductor neutru (nul de lucru) PE – Conductor de protecŃie (nul de protecŃie) R0 – Legarea la pământ a sursei de alimentare (legare la pământ de exploatare) Rp1 – Legarea la pământ a bornelor/barelor de protecŃie PEN din tablouri Rp2 – Legarea la pământ a carcaselor receptoarelor şi tablourilor (legare suplimentară de protecŃie) C1 – Receptor trifazat cu carcasă metalică C2 – Receptor monofazat cu carcasă metalică Notă: Este desenată şi legarea suplimentară de protecŃie la pământ a carcaselor receptoarelor şi tablourilor la prizele de pământ RP2, legare care nu este obligatorie în cadrul schemei TN.

Page 14: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-14

6.4 ProtecŃia prin întreruperea automată a alimentării Întreruperea automată a alimentării este prescrisă în cazul în care există riscul producerii unui efect patofiziologic periculos asupra unei persoane, în caz de defect, având în vedere valoarea şi durata tensiunii de atingere. Această măsură necesită coordonarea între schemele de legare la pământ şi caracteristicile conductoarelor de protecŃie şi a dispozitivelor de protecŃie. Întreruperea alimentării. Un dispozitiv de protecŃie trebuie să întrerupă automat alimentarea circuitului sau a echipamentului protejat împotriva atingerilor indirecte, astfel încât, ca urmare a unui defect între o parte activă şi o masă să nu se poată menŃine o tensiune de atingere prezumată mai mare de 50 V valoare efectivă în curent alternativ sau 120 V în curent continuu neted, un timp suficient pentru crearea unui risc fiziopatologic periculos asupra unei persoane în contact cu părŃi conductoare simultan accesibile. Fără a Ńine seama de valoarea tensiunii de atingere, este admis un timp de întrerupere de până la 5 s, în anumite circumstanŃe, potrivit cu schema de legare la pământ. Legături echipotenŃiale - normativ I7, art. 4.1.25. În fiecare clădire trebuie conectate la o legătura echipotenŃială principală următoarele elemente: - conductorul principal de protecŃie; - conductorul principal de legare la pământ sau borna principală de legare la pământ; - conducte de alimentare din interiorul clădirii (de ex. apă, gaz); - elemente metalice ale construcŃiei, conducte de încălzire centrală şi condiŃionarea aerului; - armăturile metalic eale cablurilor de telecomunicaŃii (cu acordul proprietarilor sau utilizatorilor). În cazul în care astfel de elemente provind din exteriorul clădirii, ele trebuie să fie racordate cât mai aproape de punctul lor de intrare în clădire. Schema TN. Toate masele echipamentelor trebuie să fie conectate la punctul legat la pământ al sursei de alimentare, prin conductoare de protecŃie care trebuie legate la pământ în apropierea fiecărui transformator sau generator. Punctul sursei de alimentare legat la pământ este în general punctul neutru. Dacă nu este disponibil punctul neutru sau nu este accesibil, trebuie legat la pământ un conductor de fază. În nici un caz conductorul de fază nu poate servi drept conductor PEN. Dacă există posibilităŃi efective de legare la pământ, se recomandă conectarea conductorului de protecŃie la pământ în toate punctele posibile. O legare la pământ multiplă, în puncte repartizate regulat, poate fi necesară pentru a asigura faptul că potenŃialul conductorului de protecŃie rămâne, în caz de defect, cât mai apropiat posibil de potenŃialul pământului. În clădirile mari, precum imobilele foarte înalte, nu sunt posibile legările la pământ adiŃionale a conductoarelor de protecŃie, din motive practice. Legăturile echipotenŃiale între conductoarele de protecŃie şi elementele conductoare au totuşi, în acest caz, o funcŃie similară. Din acelaşi motiv se recomandă legarea la pământ a conductoarelor de protecŃie la punctul lor de intrare într-o clădire. În instalaŃiile fixe se poate utiliza un singur conductor care îndeplineşte şi funcŃia de conductor de protecŃie şi neutru (conductor PEN). Caracteristicile dispozitivelor de protecŃie şi impedanŃele circuitelor trebuie să fie astfel încât, dacă se produce într-un punct oarecare un defect de impedanŃă neglijabilă între un conductor de fază şi conductorul de protecŃie sau o masă, să se producă întreruperea automată într-un timp cel mult egal cu o anumită valoare (de regulă, un timp de deconectare convenŃional de maximum 5 s); această condiŃie este satisfăcută de următoarea relaŃie:

Zs≤Ia·U0, în care Zs este impedanŃa buclei de defect care conŃine sursa, conductorul activ până la punctul de defect şi conductorul de protecŃie între punctul de defect şi sursă; U0 - tensiunea nominală între fază şi pământ, valoare efectivă în curent alternativ; Ia - curentul care asigură funcŃionarea dispozitivului de întrerupere automată într-un timp definit în funcŃie de tensiunea nominală U0 sau într-un timp convenŃional de cel mult 5 s

Tensiunea U0, V 120 230 277 400 >400

Page 15: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-15

Timp de deconectare, s 0,8 0,4 0,4 0,2 0,1

În cazuri excepŃionale în care defectul de poate produce între un conductor de fază şi pământ (de ex. la linii aeriene), trebuie îndeplinită următoarea condiŃie, cu scopul ca conductorul de protecŃie şi masele legate la el să nu poată prezenta o tensiune faŃă de pământ mai mare decât valoarea convenŃională de 50 V:

RB/RE≤50/(U0-50) în care RB este rezistenŃa echivalentă a legăturilor la pământ în paralel; RE - rezistenŃa minimă de contact cu pământul a elementelor conductoare nelegate la conductorul de protecŃie, prin care se poate produce un defect între faze şi pământ; U0 - tensiunea nominală faŃă de pământ, valoare efectivă în curent alternativ. Într-o schemă TN pot fi utilizate următoarele dispozitive de protecŃie: - dispozitive de protecŃie maximală de curent; - dispozitive de protecŃie la curent diferenŃial rezidual. Schema TT. Toate masele protejate prin acelaşi dispozitiv de protecŃie trebuie să fie conectate la conductoare de protecŃie şi legate la aceeaşi priză de pământ. Dacă sunt montate în serie mai multe dispozitive de protecŃie, aceste prescripŃii se aplică la toate masele protejate prin acelaşi dispozitiv. Trebuie satisfăcută următoarea condiŃie:

RA≤Ia·50 V, în care RA este suma rezistenŃei prizei de pământ şi ale condutoarelor de protecŃie a maselor; Ia - curentul care asigură funcŃionarea automată a dispozitivului de protecŃie. În schema TT se utilizează următoarele dispozitive de protecŃie: - dispozitive de curent diferenŃial rezidual; - dispozitive de protecŃie maximală de curent. În cazul în care dispozitivul de protecŃie este un dispozitiv de curent diferenŃial rezidual, Ia este curentul diferenŃial rezidual nominal I∆n. În cazul în care dispozitivul de protecŃie este un dispozitiv de protecŃie maximală de curent, el trebuie să fie: - un dispozitiv care are caractersitica de funcŃionare invers proprŃională cu timpul şi Ia trebuie să fie curentul care asigură funcŃionarea automată în cel mult 5 s, sau - un dispozitv care are caracteristica de funcŃionare instantanee şi la care Ia este curentul minim care asigură declanşarea instantanee. Schema IT. Se va consulta standardul. 6.7 Prize de pământ O priză de pământ (PP) constituie un ansamblu de elemente conductive (electrozi şi conductoare de legătură) în contact cu solul, ansamblu caracterizat prin rezistenŃa de dispersie în sol.

PP se împart în următoarele categorii, în funcŃie de tipul electrozilor folosiŃi, adâncimea de îngropare a electrozilor şi destinaŃia prizei:

- PP artificială - ale cărei componente sunt montate special pentru trecerea curentului de defect, fiind interzisă folosirea lor în alte scopuri;

- PP naturală - constituită din elemente conductive ale unor construcŃii sau instalaŃii destinate altor scopuri şi care sunt în contact permanent cu pământul, putând fi folosite în acelaşi timp pentru trecerea curentului de defect;

- PP pentru dirijarea distribuŃiei potenŃialelor - priză suplimentară, destinată dirijării distribuŃiei potenŃialelor în vederea micşorării tensiunilor de atingere şi de pas;

- PP simplă - constituită dintr-un singur electrod; - PP multiplă - constituită din cel puŃin doi electrozi şi conductorul (conductoarele) de

legătură dintre aceştia; - PP complexă - constituită dintr-un ansamblu de electrozi verticali şi orizontali; - PP de suprafaŃă - cu electrozii îngropaŃi la o adâncime de cel mult 1,2 m şi care de

regulă sunt orizontali - PP de adâncime - cu electrozii îngropaŃi până la 4 m adâncime, de regulă predomină

electrozii verticali;

Page 16: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-16

- PP de mare adâncime - cu electrozii îngropaŃi la adâncimi mai mari de 4 m şi care de regulă sunt verticali.

RezistenŃa de dispersie a prizei. RezistenŃa de dispersie a unei PP singulare este determinată de rezistivitatea solului şi dimensiunile geometrice ale electrodului.

Pentru un electrod vertical din Ńeavă sau oŃel rotund de lungime l şi diametru d, îngropat în sol cu partea superioară la o adâncime q, rezistenŃa de dispersie este dată de relaŃia:

rl

l

d

q l

q ls= +

+

0 366

2 1

2

4 3

4, lg lg

ρ

Pentru rezistivitatea solului ρ=100 Ωm şi q=0,8 m, rezistenŃa de dispersie este cuprinsă între 50 Ω pentru lungimea de 1 m şi 10 Ω pentru lungimea de 10 m.

Pentru un electrod orizontal din platbandă de oŃel de lungime l şi lăŃime b, îngropat în sol la adâncimea q, rezistenŃă de dispersie este dată de relaŃia:

rl

l

bqs= 0 366

2 2

, lgρ

Pentru rezistivitatea solului ρ=100 Ωm, q=0,8 m şi b=0,04 m, rezistenŃa de dispersie este cuprinsă între 65,7 Ω - pentru lungimea de 1 m şi 1,4 Ω pentru lungimea de 10 m.

În cazul unor prize multiple formate din n electrozi singulari identici, rezistenŃa de dispersie Rp se calculează cu relaŃia cunoscută din electrotehnică a rezistenŃei echivalente la legarea în paralel, cu introducerea unui factor de corecŃie determinat de modificarea zonei de influenŃă a unui electrod

Rp=r/(n·u) În cazul unor prize complexe, alcătuite din prize multiple verticale şi orizontale,

rezistenŃa de dispersie Rp se calculează cu o relaŃie similară 1/Rp=1/Rp-verticală+1/Rp-orizontală,

în care Rp-verticală=r verticală/(nvertical·uvertical) şi Rp-orizontală=r orizontală/(norizontal·uorizontal). În cazul unor prize complexe alcătuite din prize naturale şi artificiale, rezistenŃa de dispersie se calculează analog,

1/Rp=1/Rp-naturală+1/Rp-artificială. RezistenŃa de dispersie a instalaŃiei de legare la pământ este alcătuită din rezistenŃa prizei

de pământ şi rezistenŃa reŃelei de legare a echipamentelor la priza de pământ. Prize naturale, artificiale. Trebuie să se folosească totdeauna PP naturale existente şi

care îndeplinesc condiŃiile din documentaŃia tehnică specifică. PP artificiale se prevăd numai suplimentar.

O PP naturală şi/sau artificială poate fi utilizată în comun pentru legarea la pământ a următoarelor categorii de instalaŃii de protecŃie: - împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă; - împotriva supratensiunilor (atmosferice sau de comutaŃie); - punctele de recepŃie cu antenă colectivă de radio şi televiziune; - firmelor luminoase; - aparate medicale; - instalaŃii de filmare.

Legarea directă a instalaŃiilor de paratrăsnet la PP de protecŃie folosită în comun se admite numai cu condiŃia ca rezistenŃa de dispersie a acesteia să fie mai mică sau cel mult egală cu 1 Ω. Se admite depăşirea valorii de 1 Ω dacă se respectă simultan următoarele condiŃii: - se iau măsuri corespunzătoare de protecŃie împotriva unor supratensiuni în cazul trecerii unui curent de trăsnet prin PP la instalaŃiile tehnologice; - rezistenŃa de dispersie îndeplineşte condiŃiile de protecŃie împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă în cazul unui defect în instalaŃiile tehnologice. La folosirea în comun a unei PP, conductoarele de legare la pământ a instalaŃiei de paratrăsnet trebuie să fie separate de celelalte categorii de instalaŃii, până la PP. De la acestă prevedere fac excepŃie clădirile cu pereŃi metalici şi cele cu schelet de oŃel sau de beton armat, la care scheletul de oŃel, pereŃii metalici sau armătura metalică pot fi utilizate drept conductoare de legare la PP comună pentru toate categoriile de instalaŃii.

Page 17: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-17

ReŃeaua generală de protecŃie la reŃelele de joasă tensiune trebuie să aibă rezistenŃa de dispersie determinată prin calcul pentru a nu se depăşi tensiunile de atingere şi de pas admise, dar de cel mult 4 Ω (pentru instalaŃii supraterane).

Pentru “dirijarea potenŃialelor” se folosesc PP existente. La PATD - PP auxiliară se realizează distinctă de PP de protecŃie şi se amplasează la cel

puŃin 10 m distanŃă faŃă de alte PP. Ea poate avea cel mult 10 Ω şi poate fi constituită dintr-o conductă de apă, dacă prin aceasta nu se scurtcircuitează bobina releului de tensiune de defect.

CondiŃii de stabilitate termică. În toate instalaŃiile electrice trebuie să se prevadă protecŃii pentru semnalizarea şi/sau întreruperea circuitului cu defecte. Timpul de întrerupere trebuie să fie sub 3 s pentru instalaŃiile sau echipamentele electrice fixe sau mobile; această prevedere nu este obligatorie pentru echipamentele portabile. La dimensionarea instalaŃiilor de protecŃie trebuie să se aibă în vedere stabilitatea termică a elementelor componente până la întreruperea circuitului defect. CondiŃiile de stabilitate termică trebuie să fie verificate atât în ceea ce priveşte secŃiunea minimă admisă a conductoarelor de protecŃie cât şi în ceea ce priveşte suprafaŃa de contact cu solul minimă admisă a electrozilor PP.

Pe durata trecerii curenŃilor de defect, temperatura conductorului de protecŃie neizolat suprateran nu trebuie să depăşească 200 °C, respectiv 300 °C în cazul în care în apropiere nu se află materiale combustibile.

Un conductor neizolat se consideră stabil termic dacă densitate de curent J determină un echilibru între căldura dezvoltată în conductor şi cea transmisă spaŃiului înconjurător, fără ca temperatura conductorului să depăşească limita maximă admisă menŃionată mai sus (200 °C – 300 °C); pentru durata de trecere a curentului t=1s, la o temperatură iniŃială de 20 °C şi o temperatură admisă de 200 °C, densitatea de curent admisă este specificată în tabel:

Materialul conductorului Densitatea de curent maxim

admisă, în A/mm2, pentru t = 1 s OŃel 70 Aluminiu sau oŃel-aluminiu 105 Cupru 160

CondiŃiile de stabilitate termică a PP se verifică numai pentru instalaŃiile de înaltă

tensiune. Bibliografie

1. STAS 2612-87 ProtecŃia împotriva electrocutărilor. Limite admise 2. SR HD 60364.4.41:2007 InstalaŃii electrice în construcŃii. Partea 4-41: Măsuri de protecŃie

pentru asigurarea securităŃii. ProtecŃia împotriva şocurilor electrice 3. SR CEI 536:1995 Clasificarea echipamentelor electrice şi electronice din punct de vedere al

protecŃiei împotriva şocurilor electrice 4. SR EN 61140:2002 ProtecŃia împotriva şocurilor electrice. Aspecte comune în instalaŃii şi

echipamente electrice 5. SR CEI 61200-413:2005 Ghid pentru instalaŃii electrice. Partea 413: ProtecŃia împotriva

atingerilor indirecte. Întreruperea automată a alimentării 6. Schneider Electric, Manualul instalaŃiilor electrice, 2007 7. *** Normativ pentru proiectarea şi executarea instalaŃiilor electrice cu tensiuni până la 1000 V

c.a. şi 1500 V c.c., indicativ I 7-02

Page 18: Curs11-12 Protectia contra socurilor electrice - completat 15.01

11/12-18