DJELOVANJE ELEKTRIČNE STRUJE NA ČOVJEKA1.PROLAZ ELEKTRIČNE STRUJE KROZ LJUDSKO TIJELO

Električna struja može djelovati na čovjeka kada prolazi kroz njegovo tijelo. Budući da struja može samo teći u zatvorenom strujnom krugu, čovječije tijelo mora postati dio strujnog kruga da bi kroz njega potekla električna struja.Takav slučaj nastupa uvijek kada čovjek dođe u situaciju da svojim tijelom dodiruje dvije tačke s različitim električnim potencijalom.

To se može desiti kada osoba dođe u dodir :

s dva vodiča nekog strujnog kruga između kojih vlada potencijalna razlika, s jednim vodičem koji se nalazi pod naponom i sa zemljom, s nekim metalnim djelom električnog uređaja ili postrojenja koji je u normalnom pogonu

izoliran od napona, ali je došao pod napon uslijed grešaka na izolaciji, s uzemljivačem koji za vrijeme prolaza struje greške poprima previsok potencijal prema

zemlji, s dvije tačke na površini zemlje između kojih vlada potencijalna razlika uslijed prolaza

struje kroz zemlju.

U tim slučajevima napon koji vlada između bilo kojih dviju tačaka na ljudskom tijelu potjerat će kroz tijelo električnu struju. Veličinu te struje možemo odrediti prilično tačno prema Ohmovu zakonu. Jakost struje ovisit će o veličini napona i veličini otpora čovječijeg tijela prema izrazu:

¿=UdRt

( A ) pričemu je :… ………………………….(1)

It = Struja kroz tijelo u amperima

Ud = Dodirni napon, tj. napon koji vlada na krajevima ljudskog tijela, u voltima.

Rt = Otpor čovječijeg tijela, u omima.

1.1.OTPOR ČOVJEČIJEG TIJELA

Čovječije tijelo pruža stanovit otpor prolazu električne struje.

Otpor tijela ima karakter radnog otpora, a sastoji se iz dva dijela :

unutarnjeg otpora tijela, otpora kože na mjestu ulaza i izlaza električne struje iz tijela.

1

Unutarnji otpor tijela kreće se u dosta uskim granicama od 500 – 800 oma i ovisi o individualnim osobinama čovjeka.

Površinski sloj kože, epiderma, u debljini od 0,05 – 0,2 mm nema ni krvnih sudova, ni živaca pa je možemo smatrati dielektrikom i ona je nosilac otpora. Otpor kože varira u veoma širokim granicama od 0 – 100.000 oma.

Otpor čovječijeg tijela zavisi o slijedećim faktorima :

Č i s t o ć a i v l a ž n o s t k o ž e. Epiderma je nosilac većeg dijela otpora čovječijeg tijela i njeno stanje ima velik utjecaj. Oznojena ili ovlažena koža prestaje biti dielektrik te otpor naglo pada na vrijednost od nekoliko stotina oma. Povrede kože takođe smanjuju otpor ako struja prolazi kroz mjesto povrede. Razne kiseline, lužine i soli uveliko smanjuju otpor kože.

D e b lj i n a i ž u lj e v i t o s t k o ž e . Deblji sloj epiderme predstavlja svakako veći otpor. Zbog nježne kože djeca imaju manji otpor kože i mnogo su osjetljivija na djelovanje struje od odraslih osoba.

O v i s n o s t o t p o r a k o ž e o n a p o n u. Otpor kože opada s rastućim naponom. Ta ovisnost je prikazana na slici 1.

Slika1

Kod vrijednosti napona od 200-250V otpor čovječijeg tijela iznosi oko 1000 oma. Tome je uzrok proboj kože, kada koža prestaje biti dielektrik, jer je uslijed višeg napona probijena na više mjesta.

D u ž i n a t r a j a nj a p r o l a z a s t r u j e. Sa dužim prolazom struje kroz tijelo ono se zagrijava, naročito na mjestima ulaza i izlaza struje kroz tijelo. To dovodi do pojačanog

2

znojenja, i time do smanjivanja otpora kože. Vremenski duži prolaz struje ima za posljedicu propaljivanje kože, a to opet umanjuje otpor kože.

J a k o s t s t r u j e. Veće struje jače i brže propaljuju kožu na mjestima prolaza i na taj način osjetno se smanjuje otpor.

K o n t a k t n i p r i t i s a k i p o v r š i n a e l e k t r o d a. Veći kontaktni pritisak rezultira povećanjem dodirnih površina tijela s vodičem i time se smanjuje prolazni otpor. Tako npr. otpor tijela koji je izmjeren kod laganog dodira s vodičem iznosi 3000 oma, a kod punog obuhvata elektrode i čvrstog kontakta padne na vrijednost od 1500 oma.Uzimajući u obzir ove faktore i razne nepovoljne uvjete pretpostavlja se da otpor čovječijeg tijela iznosi od 1000 – 2000 oma, i te vrijednosti uzimaju se kod razrađivanja pojedinih zaštitnih mjera.

OTPOR ODJEĆE, OBUĆE I PRELAZNI OTPOR TLAOkolnosti nisu uvijek tako nepovoljne da čovjek dodiruje dva vodiča i na taj način tijelo primi cijeli napon koji vlada između ta dva vodiča. Mnogo su češći slučajevi da se dotiče samo jedan vodič pa struja mora sebi tražiti povratni put preko zemlje.(slika 2). Pri tom struja mora osim otpora ljudskog tijela, savladati još i ove otpore : Otpor čarapa, otpor cipela i prelazni otpor tla na mjestu stajanja. Otpor ovih odjevnih predmeta može varirati od nekoliko stotina do nekoliko stotina tisuća oma. Na slici 3. Prikazani su rezultati ispitivanja otpora cipela s kožnatim i gumenim potplatama, koje je obavio W. Koch ( L1).

SLIKA 2. DODIR FAZNOG VODIČA

3

ISPITIVANJE OTPORA CIPELA

VRSTA ĐONA STANJE OTPOR ( oma )

Koža, tanka, šivana „ „ „ „ „ „ „ „ „

Gumeni đon, cipele nošene 1 godinu

„„„

SuhoĐon malo nakvašenĐon iznutra ovlaženĐon 15 min. u vodi, iznutra ovlažen

SuheMokar đonMokar đon, cipela iznutra mokraMokar đon, cipela iznutra mokra, gornja koža ovlažena

1 000 000 260 000 70 000

200

2 000 000

290 000 Do 88 000

SLIKA3. REZULTATI ISPITIVANJA PRELAZNOG OTPORA CIPELA

Ako su odjeća i obuća suhe, onda njihov otpor može biti vanredno visok, te se na taj način smanjuje struja koja prolazi kroz tijelo. Suprotno tome, u vlažnoj atmosferi se sasvim gubi otpor odjeće i obuće, izuzev gumenih proizvoda na koje vlaga bitno ne utječe.

Prelazni otpor tla, također, može varirati u veoma širokim granicama, npr. Kod suhih drvenih podova i preko 500 000 oma, a prelazni otpor betonskih ili zemljenih podova i metalnih konstrukcija može biti neznatan i praktički zanemariv.

Visina prelaznog otpora tla u nekoj prostoriji jedan je od bitnih faktora na temelju kojih se ocjenjuje stupanj opasnosti od električne struje u toj prostoriji. Što je prelazni otpor tla manji, to su opasnosti veće, kao npr. u vlažnim i mokrim prostorijama, te na metalnim plohama.

DJELOVANJE ELEKTRIČNE STRUJE NA ORGANIZAM

Električna struja prolazeći kroz čovječiji organizam djeluje na slijedeće načine :

TOPLINSKI – pri čemu se tijelo zagrijava naročito na mjestu ulaza i izlaza struje iz tijela, do te mjere da nastaju teške vanjske i unutrašnje opekotine;

MEHANIČKI – jer struje velikih jakosti razaraju tkivo na mjestima ulaza i izlaza iz tijela;

4

HEMIJSKI – jer električna struja, prolazeći kroz krv, elektrolitički rastvara krvnu plazmu; BIOLOŠKI – Što se očituje skraćivanjem mišićnog tkiva, paralizom disanja, grčevima

krvotoka, treperenjem srčanih zalisaka i nepovoljnim utjecajem na nervni sistem.

Sva ova djelovanja mogu dovesti do lakših ili težih povreda čovjeka, pa čak mogu izazvati i smrt.

J a k o s t s t r u j e. Na temelju raznih ispitivanja te analize povreda i smrtnih slučajeva dobiveni su podaci o fiziološkom djelovanju električnih struja raznih jakosti na čovječiji organizam, koji su prikazani u tabeli 1.

Ova tabela je dana za prolaz struje od jedne ruke ka drugoj ruci, ili od ruke do noge. Izmjenična struja opasnija je od istosmjerne. Istosmjerne struje, koje su trostruko ili četverostruko jače od izmjeničnih struja izazivaju približno iste fiziološke reakcije.

Ljudske fiziološke reakcije s obzirom na razne jakosti struje podijeljene su u više područja .

Ova podjela izrađena je za izmjeničnu struju 50 Hz, za put struje od jedne ruke preko grudnog koša do noge i u prosječnom trajanju prolaza struje od 1 sek.(Tabele 1 i 2)

Prvo područje obuhvata fiziološke reakcije pri jakostima struje do 25 mA, a karakterizirano je lakšim smetnjama i bez opasnosti od smrti. Drugo područje obuhvata lakše i teže povrede, a pri djelovanju struja tih jakosti registrirani su iako rijetko, i smrtni slučajevi. U treće područje spadaju struje onih jakosti koje izazivaju teške povrede i smrt. Iznad jakosti struja od 3000 mA počinje četvrto područje u kojem se prilično bitno razlikuju fiziološke reakcije čovjeka u usporedbi s reakcijama sa strujama malih jakosti. Ne pojavljuje se smrtonosno treperanje srčanih zalisaka(fibrilacija srca) ali su veoma teške vanjske i unutrašnje opekotine.

Tabela 1. Nivo fiziološkog djelovanja u funkciji jačine naizmjenične struje koja protiče na relaciji ruka – ruka.1

Naizmjenična struja(mA)

Fiziološko djelovanje

< 1Bezopasna struja, može dugotrajno proticati kroz čovjeka uz lagano i malo stezanje mišića

2 – 4 Treperenje mišića u prstima do podlaktice

5 – 7 Neugodni lagani grč u laktu

10 – 15Granica kontrole mišića i njihovog pokretanja, neprijatno za podnošenje. Maksimalma vrijednost struje kada se može otpustiti vodič je 10 mA za žene i 15 mA za muškarce

1

5

15 – 25 Kontrakcija mišića je tako jaka da čovjek ne može ispustiti vodič struje

25 – 50 Nepodnošljiv bol, otežano disanje i snažna kontrakcija mišića

100Pri proticanju kroz organizam duže od 1 - 2 sekunde javlja se treperenje srca opasno po život

> 500 Opasno po život, paraliza disajnih organa, opekotine na mjestu dodira

Tabela 2. Nivo fiziološkog djelovanja u funkciji jačine naizmjenične struje koja protiče na relaciji noga – noga.2

Naizmjenična struja(mA)

Fiziološko djelovanje

3 – 4 Jedva osjetno trnjenje ispod zglobova

4 – 5 Lagano kočenje zglobova

6 Stezanje zglobova

9 – 10 Jako stezanje zglobova

12 – 13 Početni osjećaj grčenja u Ahilovoj peti

T r a j a nj e p r o l a z a s t r u j e k r o z o r g a n i z a m. Veoma velik utjecaj na ishod povrede ima trajanje prolaza električne struje kroz organizam. Što je duže vrijeme prolaza struje kroz organizam, to je smrtna opasnost veća. U slučaju da struje teku u vrlo kratko vrijeme do 0,1 sec., obično nema težih posljedica. Na temelju raznih ispitivanja, analiza povreda i smrtnih slučajeva došlo se do zaključka da su stanovite fiziološke reakcije srazmjerne umnošku struje i vremena prolaza kroz tijelo.

Q=I x t ( As ) …………… ………… ..(2)

Pri čemu je Q količina elektriciteta u As, I jakost struje u amperima, t vrijeme prolaza struje u sekundama.

To znači da će struja od 70 mA ( efektivna vrijednost ) kroz 1 sekundu ili struja od 700 mA kroz 0,1 sekundu izazvati približno iste fiziološke reakcije.

Na slici.3 date su granične vrijednosti izmjerene struje koja protiče kroz tijelo čovjeka u funkciji vremena proticanja struje, prema TC 64 IEC, a u tabeli 3. dat je odgovarajući opis zona.

2

6

U principu, važi pravilo da struje koje protiču kraće vrijeme mogu biti i nešto jačeg intenziteta, dok struje koje protiču duže vrijeme moraju biti slabijeg intenziteta.

Tabela 3. Opis zona3

Zona Fiziološko djelovanje

1 (do isprekidane prave a)

Obično bez ikakve reakcije

2(od isprekidane prave a do krive b)

Obično bez štetnog fiziološkog djelovanja

3(između krive b i krive c1)

Obično bez organskog oštećenja. Moguće grčenje mišića, teškoće sa disanjem i poremećajem srčanog ritma, uključujući treperenje pretkomore i prolazne zastoje rada srca bez treperenja komore, povećane sa jačinom struje i trajanjem prosticanja

4(iza krive c2)

Isto kao u zoni 3; vjerovatnoća pojave treperenja komore oko oko 5 % na krivoj c2, oko 50 % na krivoj c3 i veća iznad krive c3. Povećanjem jačine struje i trajanja proticanjamože se pojaviti patofiziološko djelovanje.

UTJECAJ FREKVENCIJE3

7

Kod industrijske frekvencije od 42 - 60 Hz ( kod nas 50 Hz ) čovjek u većini slučajeva može bez posljedica podnijeti struje od 20 mA, dok su jače struje tih frekvencija opasne. Opasnost opada s porastom frekvencije, ali tek iznad 1000 Hz, i to veoma sporo. Opasnost prijeti i pri strujama od 10 000 Hz, ali je svakako manja. Kod struja vrlo visokih frekvencija, kao npr. 100 000 Hz čovjek može podnijeti i 500 mA bez posljedica. Visokofrekventne struje od 500 000 – 1 000 000 Hz nisu opasne i koriste se za liječenje ( diatermija )

PUT PROLAZA STRUJE

Djelovanje električne struje na čovjeka je mnogo jače i opasnije ako struja prolazi kroz srce i grudni koš. Najopasniji su slučajevi prolaza struje ruka – ruka, ruka- noga i glava – noga. Prolaz struje iz noge u nogu je manje opasan, ali on može dovesti do težih ozlijeda i smrti.

INDIVIDUALNA SVOJSTVA ORGANIZMA

Na ishod povreda električnom strujom imaju, također utjecaj i individualna svojstva organizma, i psihička priprema. Izvjesna ispitivanja su pokazala da psihička spremnost ima znatan utjecaj na biološki efekt električne struje. Naime, čovjek nešto laganije podnosi prolaz električne struje ako je psihički pripremljen na opasnost, jer čovjekova pažnja izaziva određenu odbrambenu reakciju. Mnoge bolesti povećavaju čovjekovu osjetljivost na prolaz električne struje. Tako npr. ljudi koji boluju od tuberkuloze ili bolesti srca mnogo su osjetljiviji i fiziološke reakcije kod njih su mnogo jače. Povišeno znojenje i uživanje alkohola smanjuje otpornost organizma prema prolazu električne struje.

ELEKTRIČNE POVREDE

Za čovjeka su opasne struje niskog i visokog napona. Kod niskog napona jakost struje koja prolazi kroz tijelo čovjeka, rijetko će prijeći vrijednost od 500 mA, a kod struje visokog napona ta struja može imati i nekoliko desetina ampera. Zato se i bitno međusobno razlikuju povrede strujom niskog napona od povreda strujom visokih napona. Povrede,uzrokovane električnom strujom niskog napona, dijelimo na dva osnovna oblika :

ELEKTRIČNI UDAR, koji povređuje cijeli organizam ,

8

ELEKTRIČNE TRAUME, koje izazivaju vanjske mjesne povrede kao što su opekotine, metalizacija kože i električni znakovi.

ELEKTRIČNI UDAR, je najopasniji oblik povrede električnom strujom i najčešće dovodi do smrti. Nastaje kada električna struja prolazi kroz grudni koš i zahvata srce. Prevladavaju oštećenja živčanog sistema i krvotoka. Nadražaj živčanog sistema manifestira se grčevima i lakšim i težim poremećajima svijesti. Na krvnim sudovima, također, prouzrokuje grč koji izaziva naglo povećanje krvnog pritiska. Smrt pri električnom udaru nastaje ili uslijed paralize disanja, ili uslijed paralize rada srca, odnosno uslijed obojega istovremeno. Ako smrt nastaje uslijed oštećenja centra za disanje, onda je tome najčešći uzrok pomanjkanje kisika u krvi, jer je zbog grčenja pluća onemogućena razmjena plinova u plućima.

Prilikom prolaza struje kroz srce nastupa tzv. fibrilacija. To je takvo stanje srca kada ono prestaje ritmički raditi kao jedna cjelina, već nastupaju odijeljena nekontrolirana titranja mnogobrojnih vlakana srčanih mišića i to dovodi do prestanka njegovog rada. Ako brzo ne nastupi defibrilacija, srce nije u stanju da tjera krv kroz organizam, kroz nekoliko minuta u mozgu nastaju oštećenja i nastupa smrt.

ELEKTRIČNE TRAUME. Osim opekotina, električnih znakova i metalizacije kože, u električne traume spadaju povrede očiju koje nastaju uslijed svijetlog djelovanja luka i povrede pri padu s visine, kada je čovjek lišen svijesti zbog djelovanja električne struje.

Električne opekotine nastaju kao rezultat toplinskog djelovanja električne struje. Veoma opasne opekotine nastaju i zbog djelovanja električnog luka, npr. kod otvaranja rastavljača pod opterećenjem. Posljedice ovakvih opekotina redovno su trajne. Ako je zahvaćen veći dio kože ili untarnji organi, često i naknadno može nastupiti smrt povrijeđenog.

Električni znaci(strujni biljezi) nastaju pri dobrom kontaktu tijela s provodnim dijelovima na mjestu ulaza ili izlaza struje iz tijela. Rezultat su hemijskog i mehaničkog djelovanja električne struje. Ne uzrokuju posebno bolesno stanje niti upalne procese i redovno završavaju bez posljedica. Po vanjskom izgledu električni znaci su otekline, neka vrsta ožiljaka žuto sive boje.

Elektrometalizacija kože nastaje kao rezultat hemijskog i mehaničkog djelovanja električne struje, a ispoljava se kao prekrivanje kože česticama metala, i po svom karakteru ima isto djelovanje kao i opekotine. Ova lokalna oštećenja prvenstveno se ispoljavaju kao opekotine, odnosno kao izgorena mjesta, a ima i pojava nekroza(odumrlih dijelova tijela). Kod prolaza većih struja i dužeg trajanja djelovanja tih struja dolazi do ugljenisanja pojedinih dijelova tijela.

9

Naročito je opasno za povrijeđene pojavljivanje šoka. To je teška smetnja krvotoka i živčanog sistema, a može nastupiti tek dan ili dva dana nakon povrede. Šokom povrijeđena osoba je pri svijesti i njeno stanje neupućenima može izgledati zadovoljavajuće, a ipak toj osobi prijeti smrt. Zbog toga je nužno da svaka povrijeđena osoba bude liječnički pregledana. Kao posljedice unutarnjih povreda mogu se pojaviti krvarenja, i to u toku prvih 14 dana. Također je i utvrđeno da poslije električnih povreda može nastupiti uremija, unutarnje trovanje raspadnim produktima uslijed oštećenja bubrega.

GRANICA OPASNOG NAPONA

Poznavajući djelovanje struja različitih jakosti na čovječiji organizam i prosječni otpor čovječijeg tijela, možemo zaključiti koji je napon opasan za život čovjeka.

Da bi se zaštitilo zdravlje i život ljudi, propisi raznih zemalja određuju koji je napon opasan kako bi se poduzele razne tehničke zaštitne mjere, ako postoji mogućnost da na čovjeka djeluje takav previsok napon.

Važeći tehnički propisi određuju kao granicu opasnog napona 50 V.

U nekim posebno nepovoljnim uslovima(mokro tlo,metalne plohe) smatraju se i ovi naponi previsokim, te se propisuju naponi 42 ili 24 V(ručne električne svjetiljke,dječije igračke).

PITANJA ZA PONAVLJANJE :

1) NAVEDI KARAKTERISTIČNE NAČINE KAKO MOŽE ČOVJEK DA DOĐE U DODIR S NAPONOM.

2) NAVEDI IZ ČEGA SE SASTOJI OTPOR ČOVJEČIJEG TIJELA I KOLIKI MU JE IZNOS.3) NAVEDI O ČEMU SVE OVISI OTPOR ČOVJEČIJEG TIJELA.4) KOJA SU DJELOVANJA ELEKTRIČNE STRUJE PRI PROLAZU KROZ LJUDSKI ORGANIZAM .5) KOJI SVE FAKTORI UTIČU NA TEŽINU I ISHOD KOD POVREDE ELEKTRIČNOM STRUJOM.6) NAVEDI KARAKTERISTIČNE FIZIOLOŠKE REAKCIJE ČOVJEKA S OBZIROM NA JAKOST

STRUJE KOJA PROLAZI TIJELOM.7) NAVEDI VRSTE POVREDA ELEKTRIČNOM STRUJOM.8) ŠTA JE FIBRILACIJA SRCA.9) KOJI JE NAPON OPASAN S OBZIROM NA RAZNE UVJETE OKOLINE.

10

I Z V O R I O P A S N O S T I O D E L E K T R I Č N E S T R U J E

PODJELA OPASNOSTI S OBZIROM NA NAČIN POVREĐIVANJA

Kod rukovanja električnim napravama i strojevima, te kod rada na električnim instalacijama, čovjek je izložen nizu opasnosti da bude povrijeđen električnom strujom. Opasnosti postoje i onda kada čovjek boravi u blizini električnih postrojenja, jasno u stanovitim nepovoljnim uvjetima. Da bi se što bolje moglo određivati i primjenjivati odgovarajuće zaštitne mjere, nužno je opasnost podjeliti s obzirom na način povređivanja, tj. na način na koji čovjek dolazi u dodir s djelovima postrojenja pod opasnim naponima.

Ako napravimo takvu podjelu dobivamo slijedeće izvore opasnosti :

direktan dodir dijelova postrojenja pod naponom, približavanje djelovima postrojenja pod naponom, previsok dodirni napon kao posljedica kvara na izolaciji električnog uređaja, previsok napon dodira i koraka uvjetovan prolazom struje kroz neispravno oblikovanje

uzemljivača, Inducirani napon, prijelaz visokog napona na nisko naponska postrojenja, električni luk.

DIREKTAN DODIR POSTROJENJA POD NAPONOMKod direktnog dodira dijelova postrojenja pod naponom, s obzirom na izvjesne specifičnosti, razlikujemo tri slučaja :

direktan dodir dva vodiča pod naponom jednog električnog sistema, dodir vodiča pod naponom kod električnih mreža s direktno uzemljenom

neutralnom tačkom, dodir vodiča pod naponom kod električnih mreža s izoliranom neutralnom

tačkom.

D i r e k t a n d o d i r d v a v o d i č a nastupa kada čovjek bilo kojim dijelovima svog tijela istodobno premosti dva fazna vodiča ili jedan fazni vodič i nul-vodič. Napon koji tada vlada između oba vodiča, djeluje na tijelo čovjeka kroz koje će protjerati električnu struju. Oba slučaja prikazana su na slici 7.

11

SLIKA 7. DODIR DVAJU FAZNIH VODIČA I DODIR FAZNOG NEUTRALNOG VODIČA

Budući da su otporni vodiči maleni i zanemarivi prema otporu ljudskog tijela, struja koja prolazi kroz tijelo ovisna je jedino o naponu i otporu tijela. Uz fazni napon od 220 V i uz pretpostavljeni otpor čovječijeg tijela u nepovoljnom stanju

Rt = 1000 oma dobijemo struju :

Ta jakost struje dovoljno je velika da izazove smrt uz trajanje prolaza i kraćeg od jedne sekunde. Direktan dodir dva vodiča je jedan od najopasnijih oblika povređivanja i veoma često završava smrću povrijeđenoga. Nezgode i nesreće ove vrste najčešće se događaju elektromonterima kada rade nedozvoljeno pod naponom, ili ne primjenjuju zaštitna sredstva( zaštitne rukavice, izolacione omotače i drugo).

DODIR VODIČA KOD UZEMLJENE NEUTRALNE TAČKE

Za raspodjelu električne energije na niskom naponu danas se najčešće upotrebljava trofazni sistem s uzemljenim zvjezdištem transformatora ili generatora. Taj sistem omogućava da, osim trofaznih trošila, imamo i jednofazna trošila koja se priključuju između faznog vodiča i nul-vodiča. Jedna od karakteristika tog sistema je i ta da, kada fazni vodič dođe u dodir sa zemljom onda je taj spoj sa zemljom ne samo zemljospoj već ujedno i kratki spoj te faze jer je struji kratkog spoja omogućeno da proteče kroz zemlju i preko pogonskog uzemljenja na neutralnu tačku izvora.

12

Kada čovjek, stojeći na zemlji, dodirne svojim tijelom jedan fazni vodič trofaznog sistema s uzemljenom neutralnom tačkom, on će zatvoriti strujni krug i kroz njega će proteći struja(Sl.8). U tom strujnom krugu koji se sastoji iz otpora faznog vodiča Rf, otpora čovječijeg tijela Rt, prelaznog otpora čovječijeg tijela prema zemlji Rp i otpora uzemljenja neutralne tačke Rpz, fazni napon tjera struju It koju računamo prema jednačini :

………… ………(5)

Budući da su otpor uzemljenja i otpor vodiča zanemarivo maleni u odnosu na otpor čovječijeg tijela i prelazni otpor tla struja koja teče kroz čovječije tijelo ovisi samo od posljednja dva otpora jer je Rf : Rpz<< Rt : Rp, to jednadžba glasi :

( A ) …………… …………………(6)

Otpor čovječijeg tijela nam je poznat i uzimamo da iznosi 1000 oma. Prelazni otpor između čovječijeg tijela i zemlje može varirati u širokim granicama. On prvenstveno ovisi o tlu, npr. da li je to zemlja, betonski pod ili parket. Prelazni otpor između tijela i zemlje, također ovisi o vrsti i stanju obuće. Ako čovjek stoji s mokrom obućom na mokroj zemlji onda je prelazni otpor praktički zanemariv, ravan nuli. Uvrstimo li za Rp=0 jednadžbu (6) dobivamo :

13

( A ) …………… ………………………………… (7)

što je isti slučaj kao kod direktnog dodira faznog i neutralnog vodiča prema tome veoma opasno. Kod suhih podova i parketa prelazni otpor tla može iznositi i nekoliko stotina tisuća oma, pa će struja kroz tijelo biti veoma malena i time dakako i manja opasnost.

Stupanj opasnosti određuje se prema visini napona koji djeluje na ljudsko tijelo, odnosno prema naponu koji to tijelo premosti. Taj napon naziva se dodirni napon, a definiran je kao pad napona na otporu čovječijeg tijela kada kroz tijelo prolazi struja It i glasi :

Ud=¿ ∙Rt (V ) ……………… …………………………(8)

što je dodirni napon veći, to će biti veća struja kroz tijelo, a posljedice za povrijeđenu osobu bit će teže. Ako u jednadžbu 8 umjesto struje It uvrstimo jednadžbu 6 dobivamo :

Na taj način dobili smo izraz za dodirni napon kao funkciju faznog napona i prelaznog otpora tla. Na slici 9. vidi se da je dodirni napon veći što je manji prelazni otpor tla. U najnepovoljnijem slučaju, kada je prelazni otpor jednak nuli dodirni napon je jednak faznom naponu Ud = Uf . U najpovoljnijem slučaju kada bi prelazni otpor tla bio beskonačno velik, što bi odgovaralo savršenoj izolaciji, dodirni napon bi poprimio vrijednost nula i kroz tijelo čovjeka ne bi tekla nikakva struja pa ne bi bilo ni povreda. Na toj činjenici zasniva se npr. primjena zaštitnih izolacionih podloga. Iz svega izloženoga slijedi da je opasnost od električne struje to veća što je fazni napon veći, odnosno što je veći nazivni napon mreže i što je prelazni otpor tla manji.

14

Opasnost je također velika kada smo neposredno dobro uzemljeni, npr. ako jednom rukom držimo za vodovodnu cijev ili instalaciju centralnog grijanja, a drugom rukom dođemo u dodir s vodičem pod naponom. U takvom slučaju prelazni otpor tla ne postoji i na čovječije tijelo djeluje puni napon koji se nalazi na vodiču, pa je to identičan slučaj s dodirom vodiča i nul-voda.

DODIR VODIČA KOD MREŽA S IZOLIRANOM NUL-TAČKOM

Kada nemamo rasvjetnog opterećenja i jednofaznih trošila odnosno kada za njih imamo posebno odvojenu mrežu kao npr. u rudnicima, tada možemo za pogon električnih motora upotrijebiti trofazni razvodni sistem bez uzemljenog zvjezdišta. Ako kod takve mreže s izoliranim zvjezdištem čovjek stojeći na zemlji, dođe u dodir s faznim vodičem prividno izgleda da strujni krug nije zatvoren i da struja ne može teći kroz tijelo. No ne smijemo zaboraviti da vodiči električnih mreža nemaju savršenu izolaciju nego imaju stanovit odvod, a osim toga imaju izvjestan kapacitet prema zemlji. Radi toga će svaki fazni vodič imati stanoviti izolacioni otpor prema zemlji. Taj otpor odvoda označavamo Riz i možemo ga zamisliti kao da je koncentriran u jednoj tački kao što je prikazan na slici 10. Isto tako i kapacitete vodiča prema zemlji možemo zamisliti koncentrirane u jednoj tački i prikazati ih s jednim kapacitetom C. Razmotrimo li sada dodir čovjeka s jednim faznim vodičem vidimo da je strujni krug zatvoren preko izolacionih otpora Riz i preko kapaciteta C te struja može proteći kroz čovjeka u zemlju i iz zemlje preko kapacitivnih izolacionih otpora na druge dvije faze trofaznog sistema.

Radi pojednostavljenja proračuna struje kroz tijelo čovjeka, poslužit ćemo se ekvivalentnom shemom ovog strujnog kruga u kojoj smo sve izolacione otpore i kapacitete zamislili da su koncentrirani u zvjezdištu izvora,u ovom slučaju transformatora (Sl.11).

15

SLIKA 10. DODIR FAZNOG VODIČA KOD MREŽE S IZOLIRANOM NEUTRALNOM TAČKOM

Pretpostavlja se da su svi izolacioni otpori faznih vodiča međsobno jednaki i da su kapaciteti vodiča prema zemlji međusobno jednaki. Ako koncentriramo sva tri izolaciona otpora faznih vodiča nadomjestit ćemo ga jednim, ali koji ima trostruko manju vrijednost jer tri jednaka a paralelno spojena otpora, daju trostruko manji ukupni otpor :

Ro= Riz3

(oma ) ……………………… ……………………………… (10)

Kada nadomjestimo tri jednaka a paralelno spojena kapaciteta dobit ćemo trostruko veći nadomjesni kapacitet :

Co=3C (F ) ………………………… …………………….(11)

Zbog pojednostavljenja računa, pretpostavit ćemo da je kapacitet veoma malen :

Co ≈ 0

tada će kapacitivni otpor :

biti beskonačno velik te će struja zatvarati kroz izolacioni otpor Riz. Za izračunavanje struje koja prolazi kroz čovječije tijelo,u ovom slučaju možemo pisati slijedeću jednačinu :

16

Ako uvrstimo da je Ro= Riz3

i sredimo jednačinu stime da je U=√ 3 Uf dobivamo :

Uz pretpostavljeni približno konstantan otpor čovječijeg tijela Rt vidimo da će struja koja prolazi kroz tijelo ovisiti o nazivnom naponu mreže i izolacionom otporu faznog vodiča. Tehnički propisi za elektroenergetske instalacije traže da izolacioni otpor vodiča mora iznositi najmanje 1000 oma po jednom voltu nazivnog napona mreže, i to za svaki ogranak mreže .Prema tome izolacioni otpor kod mreža s više ogranaka iznosi:

Riz=1000 ∙Un

(oma ) …………………………………… ………………….(15)

gdje je veliko U – napon mreže, a n – broj ogranaka mreže.

Za mrežu 380 Volti broj ogranaka n = 50 dobivamo :

Riz=1000 ∙38050

=7600 oma

I uz otpor čovječijeg tijela Rt = 1000 oma slijedi jakost struje :

¿= √3 ∙ 3803000+7600

=0 , 062 A=62 mA .

Dakle, dobivamo jakost struje koja već može izazvati teže povrede čak i smrt ako prolazi kroz čovjeka duže vrijeme.

Ako sada pretpostavimo da je izolacioni otpor beskonačno velik i izračunamo struju kroz tijelo čovjeka koja se sada zatvara preko kapacitivnog otpora XC0 dobivamo :

¿= Uf

√Rt ²+ Xc ₀²( A )… …………………………………… (16)

a ako uvrstimo da je Xco= Xc3

i oba člana desne jednačine pomnožimo s √3 te sredimo,

dobivamo :

17

¿= U

√(√3 Rt )2+( Xc√3

) ²

( A )… …………………………………… (17) .

Za ilustraciju uzet ćemo kabelsku mrežu 380/220 V dugačku 1 km. Kapacitet jednog vodiča prema zemlji iznosi C1 = 0,3 μF/ km. Ukupni kapacitet jedne faze je prema tome :

C=0,3 ∙1=0,3 μF=0,3 x10 – 6F

a kapacitivni otpor uz frekvenciju 50 Hz :

Xc=¿ 1

ωC =

1

314 ∙ 0,3∙ 10−6=10.600 oma.

Uvrstimo li Xc=10.600 oma u jednačinu 1,dobivamo:

¿= 380

√(√3 ∙1000 )2+( 10600√3

) ²

= 3806350

=0,060 A=60 mA

Kod niskonaponskog kabla sa naponom 380 V dugačkog 1km struja koja bi prošla kroz tijelo iznosila bi 60 mA što može izazvati teže povrede. Iz ovih primjera uuočava se da samo kod vrlo kratkih mreža ili malih nazivnih napona tih mreža direktan dodir vodiča ne bi predstavljao veću opasnost. Kako u stvarnosti imamo istodobno paralelno spojene i kapacitivne izolacione otpore, to će opasna struja poteći još kod manjih napona, odnosno manjih dužina mreža. Također moramo imati na umu da s vremenom izolacioni otpor vodiča opada i opasnost raste. Upravo zbog tih razloga i kod mreža s izoliranim zvjezdištem direktan dodir vodiča pod naponom smatra se opasnim za život čovjeka, iako su opasnosti nešto manje nego kod s uzemljenim zvjezdištem. Tek kod linijskih napona ispod 125 V osjetno se smanjuje opasnost za čovjeka.

DVOSTRUKI ZEMLJOSPOJ U MREŽI SA IZOLIRANIM ZVJEZDIŠTEM

Kada u mreži s izoliranim zvjezdištem nastane zemljospoj jedne faze, tada je neposredni dodir svake od ostalih dviju faza vrlo opasan. Isto tako opasan je dodir kućišta električnih strojeva ako je oštećena izolacija jednog faznog namota, a istovremeno postoji već zemljospoj neke druge faze. Takav slučaj prikazan je na slici 12. Kroz čovječije tijelo proteći će struja greške Ig, a njena veličina ovisit će o otporu čovječijeg tijela Rt, o prelaznom otporu Rp između čovjeka i zemlje te prelaznom otporu Rzs. U tom slučaju na cijeli strujni krug djeluje linijski napon U, i vrijedi jednačina :

Ig= URt +Rp+Rzs

( A )…… ………………… .. (18 ) .

18

Otpor zemljospoja je relativno malen i iznosi oko 5 oma pa ga možemo zanemariti. Ako čovjek stoji na dobro vodljivom tlu onda je prelazni otpor tla zanemarljiv i linijskom naponu se suprotstavlja samo otpor tijela. Kako je u slučaju zemljospoja napon zdravih vodiča prema zemlji veći za √3 od faznog napona, to je ovaj slučaj čak i opasniji od dodira vodiča kod uzemljene nul-tačke, jer će kroz isti otpor tijela protjecati za √3 puta veća struja. Opasnosti od direktnih dodira vodiča pod naponom su velike, bez obzira na sistem uzemljenja zvjezdišta. U pogonu treba spriječavati ovakve slučajeve odgovarajućim zaštitnim mjerama i to pravilnim izoliranjem i zaštitom od slučajnog dodira.

SLIKA 12. STRUJA GREŠKE KOD MREŽE SA IZOLIRANIM ZVJEZDIŠTEM

OPASNOST PRIBLIŽAVANJA VODIČIMA VISOKOG NAPONA

Kod mreža visokog napona veoma je opasno ne samo dodirivanje vodiča već i približavanje vodičima pod naponom na određenu kritičnu udaljenost. Čovjek stojeći na zemlji ima potencijal zemlje a vodič pod naponom neki znatno viši potencijal prema zemlji, te između čovjeka, ako se nalazi u blizini vodiča,i vodiča pod naponom postoji električno polje.To električno polje napreže zrak koji u ovom slučaju služi i kao izolator. Što se čovjek više približava više vodiču to je električno polje jače , a naprezanje zraka kao dielektrika je veće. Pri nekoj kritičnoj udaljenosti doći će do električnog proboja zraka, nestat će električna iskra a može doći i do stvaranja električnog luka.Struja poteče kroz tada vodljivi zrak i kroz čovjeka u zemlju. S obzirom na visoke napone, i struje su relativno velike pa može doći do teških i smrtnih povreda čovjeka. Za ilustraciju neka posluži jednačina prema kojoj se izračunava napon proboja zraka između dvije šiljaste elektrode, od kojih je jedna zemljena a glasi :

Uef =14+3,16a (kV )………… ……………………………….(19)

Pri čemu je Uef -efektivna vrijednost izmjeničnog napona u kV, a „a“ razmak između šiljaka. Ova jednačina vrijedi za razmake od 8-140 cm.

19

Tako npr. da dođe do proboja izmeđ šiljaka razmaknutih 10 cm potreban je napon od 45,6 kV. Jasno je da razmaci koji se dopuštaju između čovjeka i vodiča moraju biti znatno veći jer oni moraju sadržavati odgovarajući faktor sigurnosti i uzimati u obzir razne druge okolnosti.

PREVISOKI DODIRNI NAPON KAO POSLJEDICA KVARA NA IZOLACIJI TROŠILA

Veoma mnogo povreda električnom strujom događa se zbog oštećene ili neispravne izolacije vodiča u električnim uređajima, pa kućišta i drugi metalni dijelovi tih uređaja poprimaju stanovit napon prema zemlji. Ako dodirnemo takve dijelove električnih uređaja a da oni nisu uzemljeni zatvorimo strujni krug, i struja može poteći kroz tijelo u zemlju i zatvoriti se preko pogonskog uzemljenja zvjezdišta transformatora ili generatora(Slika 13). Zbog kvara na izolaciji vodiča kućište dobiva prema zemlji napon kojeg nazivamo napon greške Ug. Veličina napona greške ovisi o mjestu kvara na izolaciji nekog namota, a može poprimiti vrijednosti od nula pa do punog faznog napona Uf. Na čovjeku koji dodiruje takvo kućište pod naponom djeluje napon koji je dio napona greške, a nazivamo ga dodirnim naponom Ud(Slika 14 i 15).

Da bismo odredili o čemu sve ovisi dodirni napon primjenit ćemo nadomjesnu šemu tog strujnog kruga(Slika 16).

SLIKA 13. DODIR KUĆIŠTA MOTORA KOD PROBOJA IZOLACIJE.

Strujni krug priključenog trošila sastoji se iz otpora faznog vodiča Rf, otpora trošila R i otpora nul-vodiča R0, a na te otpore djeluje fazni napon Uf i izaziva proticanje pogonske struje I . Mjesto kvara neka se nalazi na jednom dijelu otpora R tako da otpor od mjesta kvara do nul-vodiča ima vijednost X ∙ R , kod čega je 0 ≤ X ≤1. U krugu greške nalaze se u seriju spojeni : otpor izolacije Riz na mjestu kvara, otpor čovjeka Rt , prelazni otpor između čovjeka i zemlje Rp i otpor pogonskog uzemljenja Rpz. U tom strujnom krugu djeluje napon greške Ug i izaziva protjecanje struje greške Ig.

20

SLIKA 14. DODIRNI NAPON KOD OŠTEĆENOG NAMOTA MOTORA

Pad napona u dijelu pogonskog strujnog kruga i u strujnom krugu greške jednak je i možemo ga izračunati ovako :

Ug=I ( X ∙ R+Ro )=Ig ( Riz+Rt+Rp+Rpz ) ……………… …(20 ) .

Iz ove jednačine izračunamo struju greške koja prolazi i kroz čovječije tijelo :

Ig=I ∙X ∙ R+Ro

Riz+Rt+Rp+Rpz………… ………………………… .. (21 ) .

Pogonska struja I određena je jednačinom :

I= UfRf +R+Ro

( A)……………………… …………………… .. (22 ) .

I ako taj izraz uvrstimo u jednačinu 21 dobijemo :

Ig=Uf (X ∙ R+Ro)

(Rf +R+Ro ) ∙(Riz+Rt+Rp+Rpz)………………… .. (23 ) .

Otpor Rf, R0, Riz i Rpz su veoma maleni u usporedbi sa otporima Rt i Rp i možemo ih zanemariti, te konačno dobivamo izraz za struju greške koja je ujedno i struja koja prolazi kroz tijelo čovjeka:

Ig=¿= Uf ∙ XRt+Rp

( A ) ………………………………… … (24 ) .

Dodirni napon je onaj napon koji djeluje na ljudsko tijelo i jednak je padu napona na otpor čovječijeg tijela Rt, a izračunavamo ga prema izrazu :

21

Ud=Ig ∙ Rt=Uf ∙ X ∙ RtRt+ Rp

(V ) …………………………… (25 ) .

Dodirni napon u prvom redu ovisi o mjestu kvara na izolaciji trošila. Ako je kvar na početku otpora R , npr. na početku namota motora, onda će biti X=1, i napon greške će imati vrijednost punog faznog napona Uf. Jednačina 25 tada glasi :

Ud= Uf ∙RtRt+Rp

= Uf1+Rp/ Rt

(V )……… ………………… .. (26 ) .

U ovom slučaju dobivamo isti izraz za dodirni napon kao i kod direktnog dodira faznog vodiča pod naponom pa, prema tome, postoji ista opasnost. Kod određivanja zaštitnih mjera moramo pretpostaviti ovakav najnepovoljniji slučaj. Ponovo se uočava veliki značaj prelaznog otpora tla na stepen opasnosti. Dodir kućišta motora s probijenom izolacijom i nekim većim prelaznim otporom tla(Slika 14) očito je manje opasan nego istodobni dodir neispravne svjetiljke i vodovodne instalacije(Slika 15). Pojava opasnih dodirnih napona najčešće je uzrokovana starenjem ili oštećenjem izolacije, nestručnom montažom i popravcima te kada na uređajima nisu provedene odgovarajuće zaštitne mjere.

Previsoki dodirni napon može se eliminirati s nizom zaštitnih mjera koji djeluju tako da stave defektni strujni krug van napona ili pak manje dodirnih napona na neopasni iznos ispod 65 V, odnosno 50 V.

22

PREVISOKI NAPONI DODIRA I KORAKA KAO POSLJEDICA STRUJE KROZ UZEMLJIVAČ

Opasni naponi mogu se pojaviti na uzemljivačima ili na površini zemlje oko njih ako kroz takve uzemljivače teče velika struja u zemlju. Struja greške protječe zemljom u svim smjerovima radijalno od uzemljivača, a njena prostorna raspodjela i njena gustoća ovise o obliku uzemljivača, specifičnom otporu tla te udaljenosti od uzemljivača(Slika 17).

U neposrednoj blizini uzemljivača gustoća struje je velika, a opada sa udaljavanjem od uzemljivača jer prolazu struje stoje na raspolaganju sve veće površine zemlje. Prolazeći kroz zemlju struja stvara pad napona u njoj jer zemlja pruža stanovit otpor proticanju struje. Usljed toga će uzemljivači doći na jedan viši potencijal Uz prema dalekoj neutralnoj zemlji, koja je dovoljno daleko od uzemljivača. Taj potencijal može se izračunati uz poznatu struju greške Ig i otpor uzemljivača Rpz :

23

Uz=Ig ∙ Rpz (V ) ………………………………………… ….. (27 ) .

Pojedini slojevi zemlje u neposrednoj blizini uzemljivača imaju veće otpore, a u tom slučaju je veća gustoća struje, te se ukupni potencijal uzemljivača ne raspoređuje ravnomjerno u zemlji s udaljenošću od uzemljivača, već je potencijal pojedinih tačaka zemlje daleko veći u blizini, a manji na većim udaljenostima od uzemljivača.Posljedica toga jeste da razne tačke zemlje,različito udaljene od uzemljivača,poprimaju i različite potencijale prema dalekoj neutralnoj zemlji.

Od interesa je raspodjela potencijala na površini zemlje gdje se kreću ljudi. Na slici 18. prikazana je raspodjela potencijala na površini zemlje oko štapnog uzemljivača u homogenom tlu. Mjesta tik uz uzemljivač imaju najveći potencijal koji je ujedno i potencijal uzemljivača. Sa udaljavanjem od uzemljivača potencijal pojedinih tačaka naglo opada, a zatim su promjene sve manje i manje. Krivulja koja pokazuje tok potencijala na površini zemlje pokazuje da se potencijal raspoređuje u obliku lijevka i zato takvu raspodjelu nazivamo potencijalni lijevak. Raspodjela potencijala na površini zemlje važna je zbog potencijalnih razlika(napona) koje mogu djelovati na ljude u blizini uzemljivača, kada kroz uzemljivače protiče struja greške. Pri tome razlikujemo napon dodira koji nastaje kad čovjek odmaknut od uzemljivača dodirne uzemljivač i svojim tijelom premosti dvije tačke različitih potencijala, i napon koraka koji nastaje kada čovjek hoda u blizini uzemljivača i svojim korakom premosti dvije tačke različitog potencijala. Napon dodira mjerimo između neke tačke na uzemljenim djelovima postrojenja i neke tačke na tlu, s tim da je horizontalna udaljenost između tih dviju tačaka 1 metar. Napon koraka mjerimo između tačaka na površini zemlje koje su takođe međusobno udaljene 1 metar.

Napon koraka mjerimo između dviju tačaka na površini zemlje koje su,također,međusobno udaljene 1 m.Previsoki, a time i opasni naponi dodira mogu nastupiti u nisko naponskim i visoko

24

naponskim postrojenjima ako uzemljivači imaju prevelike otpore. Kod nisko naponskih postrojenja pad napona na uzemljivačima ne smije biti veći od 50 V.

Opasni naponi koraka pojavljuju se u visokonaponskim postrojenjima gdje su struje greške veće a time i potencijal uzemljivača veći. U visokonaponskim postrojenjima dozvoljavaju se i veći naponi dodira i koraka od 50 V, ali kroz veoma kratko vrijeme, ali se postavlja zahtjev da zaštitni uređaji isklapaju veoma brzo struju greške.

Opasnosti previsokih napona dodira i koraka postaje i kod gromobranskih instalacija ako se za vrijeme prolaza struje groma dodiruju dijelovi gromobranskih instalacija, ili hoda u neposrednoj sredini gromobranskih uzemljivača, jer struje groma podižu potencijal tih uzemljivača na vrlo visoke iznose.

Da bi struja protekla kroz čovječije tijelo moraju za to postojati određeni uslovi, odnosno napon dodira mora biti dovoljno visok da savlada sve električne otpore koji mu se suprostavljaju.

Dodirni napon definišemo kao razliku potencijala koje čovjek dodirom svoga tijela premosti i na taj način zatvori strujni krug. Ovo je opšta definicija i uglavnom vrijedi za direktan dodir dijelova pod naponom. Međutim, u praksi čovjek je češće izložen opasnostima od previsokog indirektnog napona dodira. Ovaj napon definišemo kao razliku potencijala između napona na uzemljivaču kroz koji teče struja kvara i tačke zemljišta koja je udaljena jedan metar od uzemljivača. Napon dodira može se jednostavno prikazati jednačinama:

U D=U Z−U X=1 m(V )

gdje jeUz – napon na uzemljivaču (V)Ux=1m – napon u tački koja je udaljena 1 metar od uzemljivača (V)

Napon (Uz) uzemljivača iznosi

U Z=I k ∙ RZ (V )

gdje jeIk – struja kvara koja teče kroz uzemljivač (A)Rz – otpor rasprostiranja uzemljivača (Ω)

Napon koraka definišemo kao razliku potencijala u naponskom lijevku uzemljivača koje čovjek jednim svojim korakom premosti i na taj način zatvori strujni krug. Napon koraka kože se jednostavno prikazati jednačinama:

U K=U X−U X+1 m(V )gdje jeUx – napon u bilo kojoj tački naponskog lijevka uzemljivača (V)Ux+1m – napon u bilo kojoj tački naponskog lijevka uzemljivača koja je od prve udaljena 1 metar

25

Slika 8. Naponski lijevak cijevastog uzemljivača, prostorna promjena napona zemljišta u blizini uzemljivača.4

4

26

Slika 9. Promjena napon koraka i napon dodira u naponskom lijevku cijevastog uzemljivača.5

INDUCIRANI NAPON

Kod rada u blizini visokonaponskih postrojenja, a posebno kod radova na vodovima koji su paralelno položeni sa dalekovodima visokog napona i u postrojenjima gdje zbog tehnološkog procesa teku struje vanredno velike jakosti, postoji opasnost od induciranih napona. Kao što je poznato iz osnova elektrotehnike u nekom namotu ili čak u vodiču može se induucirati napon ako je taj napon ili vodič obuhvaćen promjenljivim magnetskim poljem što se stvara u nekom drugom strujnom krugu.

Za ilustraciju problema neka posluže dva paralelno vođena dalekovoda,prikazana na slici 19. Jedan od njih neka bude visokonaponski dalekovod a drugi niskonaponski vod. U slučaju da na dalekovodu visokog napona padne vodič na zemlju ili da dođe do preskoka preko izolatora, poteći će relativno velika struja greške onim vodičem dalekovod na kojem se nalazi kvar. Ta izmjenična struja greške stvara oko vodiča izmjenično magnetsko polje. Ako je paralelno tom dalekovodu položen na malom odstojanju drugi vod, to će izmjenično magnetsko polje obuhvatiti vodiče drugog voda i u njima inducirati neki napon. Ako se npr. na tom niskonaponskom vodu izvode radovi u iskopčanom stanju, a sa neuzemljenim vodičima radnici koji tokom rada obuhvataju vodiče mogu u tom trenutku biti izloženi električnom udaru, i mogu biti oboreni sa stupa ako nisu propisno vezani sigurnosnim opasačem.

Ovako inducirani naponi ovise o veličini struje koja stvara magnetsko polje, a zatim međusobnom razmaku oba dalekovoda i o ukupnoj dužini paralelnih dionica dalekovoda. Slične opasnosti prijete kod razvlačenja metalnih užeta i žica u neposrednoj blizini visoko naponskih postrojenja u dalekovodima. Vrlo visoki, a time i opasni inducirani naponi mogu se takođe pojaviti na vodovodima uslijed pražnjenja naelektriziranih oblaka ako se se takovi naelektrizirani oblaci nalaze iznad vodova u trenutku izbijanja.

5

27

SLIKA 19. INDUCIRANI NAPONI KOD PARALELNIH VODOVA

PRELAZ VISOKOG NAPONA NA POSTROJENJE NISKOG NAPONA

Osim opasnosti direktnog dodira vodiča ili opasnosti previsokih napona dodira i koraka, postoji u postrojenjima i opasnost uslijed prelaza visokog napona na postrojenja niskog napona. Takvi slučajevi doduše su rijetki, ali postrojenja moraju u tom pogledu također biti zaštićena. Najpoznatije su dvije mogućnosti prelaza visokog napona na postrojenja niskog napona i to :

međusobni proboj između namota transformatora koji napajaju niskonaponsku mrežu, međusobni dodir vodiča zračnih mreža s različitim naponima.

U oba slučaja ako nisu provedene određene zaštitne mjere, može doći do razaranja postrojenja, požara i teških povreda osoblja koje u tom trenutku rukuje električnim uređajima.

OPASNOST ELEKTRIČNOG LUKAElektrični luk je samostalno izbijanje u plinovima koji nastaje između dvije elektrode a oblikuje se veoma velikim gustoćama struje i malim naponom potrebnim za održavanje luka. Električna struja prolazi od jedne elektrode na drugu posredstvom metalnih para. Karakteristike električnog luka su visoka temperatura i jaka svjetlost. Električni luk najčešće nastaje :

razdvajanjem kratkospojenih elektroda kada kroz njih teče struja(npr.prekidanje strujnog kruga otvaranjem rastavljača),

uslijed proboja zraka kao izolatora između vodiča pod naponom i ostalih dijelova postrojenja odnosno zemlje.

Unatoč korisnoj primjeni električnog luka kao npr. Zavarivanje, elektrolučne peći, lučnice za rasvjetu, električni luk, ako se pojavi neželjeno, ostaje jedna od najvećih neprijatelja električnih postrojenja jer svojom toplinom uništava postrojenja i izaziva prenapone. Električni luk djeluje veoma štetno na ljudski organizam zbog isijavanja ultraljubičastih i infracrvenih zraka i svoje vanredno visoke temperature. Najčešće povrede, izazvane lukom su opekotine i oštećenja očiju. Nizom zaštitnih mjera spriječava se nastajanje električnog luka i njegovo štetno djelovanje.

PODRUČJE I STUPANJ OPASNOSTI U prethodnim poglavljima određeni su i klasificirani izvori opasnosti od udara električne struje, koji postoje kod radova na električnim instalacijama, pri rukovanju aparatima na električni pogon ili pak prilikom boravka i kretanja u električnim postrojenjima.Vidljivo je da skoro u svim slučajevima prijeti opasnost od udara električne struje ako ne primjenjujemo određene zaštitne mjere. Stupanj opasnosti nije svagdje i u svim okolnostima jednak. On ovisi o visini napona koji

28

može djelovati na ljudsko tijelo, odnosno o naponu kojeg tijelo premosti, dakle dodirnom naponu. U ponekim slučajevima on ovisi još i o naponu koraka.O veličini mogućeg dodirnog napona ovisi i primjena odgovarajućih zaštitnih mjera. U prostorijama gdje je dodiri napon malen nisu potrebne posebne zaštitne mjere, a tamo gdje dodirni napon može biti velik, moramo se pobrinuti za već sigurnost posebnim zaštitnim mjerama. U prvom redu, s obzirom na stupanj opasnosti, razlikujemo instalacije niskog napona od 250 V prema zemlji, te instalacije i postrojenja visokog napona iznad 1000 V.Predmet naših razmatranja su instalacije niskog napona. Razlikujemo suhe, vlažne i mokre prostorije, a osim toga treba voditi računa u vrsti tla, te o mogćnosti dodira metalnih dijelova postrojenja koji eventualno mogu doći pod napon u slučaju kvara na izolaciji vodova ili uređaja. Kod utvrđivanja stupnja opasnosti treba razmotriti i mogućnost istodobnog dodira električnih instalacija i dobro uzemljenih metalnih djelova, kao što su vodovodne cijevi, cijevi centralnog grijanja i slično. Povećanu opasnost predstavlja rad na metalnim plohama sa električnim alatima, kao što su bušilice i brusilice. Veći stupanj opasnosti predstavljaju električna postrojenja u podzemnim rudnicima, i na izvedbu tih izolacija postavljaju se strožiji zahtjevi. Posebnu grupu sačinjavaju prostorije u kojima postoji opasnost od požara ili eksplozije a mogu ih izazvati i električni uređaji. Pojedine zaštitne mjere se mogu upotrebljavati u svakom slučaju. Svaka zaštitna mjera odgovara svojoj svrsi pri određenim uvjetima. Zato moramo pobliže upoznati zaštitne mjere i međusobno ih usporediti.

PITANJA ZA PONAVLJANJE

1) NAVEDITE IZVORE OPASNOSTI OD ELEKTRIČNE STRUJE.2) O ČEMU SVE OVISI STRUJA KROZ ČOVJEČIJE TIJELO KOD DIREKTNOG DODIRA

VODIČA POD NAPONOM U MREŽAMA SA DIREKTNO UZEMLJENOM NUL-TAČKOM

3) NAVEDITE O ČEMU SVE OVISI STRUJA KOJA PROTJEČE KROZ ČOVJEČIJE TIJELO U PODRUČJU DIREKTNOG DODIRA VODIČA POD NAPONOM KOD IZOLIRANIH SISTEMA.

4) ČEMU SE SASTOJI OPASNOST PRIBLIŽAVANJA VODIČIMA VISOKOG NAPONA.5) ŠTA JE TO NAPON GREŠKE, A ŠTA JE DODIRNI NAPON.6) NAVEDITE O ČEMU SVE OVISI VELIČINA DODIRNOG NAPONA.7) ŠTA JE TO POTENCIJALNI LIJEVAK OKO UZEMLJIVAČA I KAKO NASTAJE.8) ŠTA JE TO NAPON KORAKA .9) GDJE SU NAJISTAKNUTIJE OPASNOSTI INDUCIRANIH NAPONA.10) KAKO DJELUJE ELEKTRIČNI LUK NA ČOVJEKA.

11) ŠTA SVE UTJEČE NA STUPANJ OPASNOSTI OD ELEKTRIČNE STRUJE.

29

TEHNIČKA SIGURNOST

( RADNI UVJETI )

1.0.FAKTORI KOJI UTIČU NA SIGURNOST

Postizavanje određene sigurnosti kod primjene električne energije kao i kod drugih oblika opasnosti – složen je problem i ovisi o nizu faktora. Sve te faktore možemo svrstati u dvije osnovne grupacije, a to su radni uvjeti i radni postupci. Osigurati odgovarajuće radne uvjete koji pružaju dovoljnu tehničku sigurnost, znači izraditi dobar projekat, obaviti pravilan izbor opreme i materijala, izvesti solidnu i kvalitetnu montažu, te ispravno održavanje i rukovanje uređajima, a sve u skladu s propisima i standardima uz primjenu odgovarajućih tehničkih zaštitnih mjera.

I kod postizavanja čak i visokog stupnja tehničke sigurnosti moramo također postići i siguran način rada dakle moramo usvojiti takve radne postupke koji će pridonijeti sigurnijem radu.

Usvajanje i provođenje sigurnog načina rada zahtjeva upoznavanje radnika s opasnostima, sa zaštitnim mjerama s pravilnim načinom rada;dakle sve to traži određenu poduku,provjeravanje znanja i uvjeravanje u neophodnost takvog načina rada.

Kada nam primjene tehničkih zaštitnih mjera ne pružaju dovoljno sigurnosti, a to će biti česti slučaj kod radova na električnim instalacijama, neophodna je upotreba ličnih zaštitnih sredstava, kako bismo postigli zadovoljavajuću sigurnost.

Utjecaj svih navedenih faktora prikazan je shematski na slici 20.

PROJEKTIRANJE I KONSTRUKCIJA

Tokom izrade projekta treba obratiti posebnu pažnju na sigurnost pogona i ljudi. Pravodobnim uočavanjem opasnosti i predviđanjem odgovarajućih zaštitnih mjera ušteđuju se novčana sredstva i izbjegavaju mnoge kasnije dorade. Nažalost, danas se još uvijek ne posvećuje dovoljna pažnja sigurnosti pri radu prilikom projektiranja, što dovodi do niza poteškoća prilikom naknadnih neophodnih rekonstrukcija.

OPREMA I MATERIJAL

Problem sigurnosti u električnim postrojenjima zavisi prvenstveno o kvaliteti ugrađene električne opreme i materijala koji treba da udovoljavaju zahtjevima tehničkih propisa i standarda.

30

Današnji razvoj tehnologije izrade električne opreme i instalacionih materijala, te razvoj metoda ispitivanja kvalitete tih materijala, omogućava da se na najmanju mjeru svedu izvori opasnosti koji nastaju uslijed nedostataka u električnoj opremi i materijalu. Od naručioca opreme i izvođača traži se čvrsta dosljednost i ne smije se ugrađivati ona oprema i materijal koji ne odgovaraju tehničkim propisima i standardima.

MONTAŽA – nedovoljno stručna i loša montaža veoma je čest uzrok raznih nezgoda. Niti jedno postrojenje ne bi smjelo biti pušteno u pogon a da prethodno nisu provjerene ispravnosti i kvaliteta izvedbe svih predviđenih zaštitnih mjera.

ODRŽAVANJE – električni uređaji i instalacije, a naročito njihova izolacija o kojoj u najvećoj mjeri ovisi sigurnost pogona, veoma su osjetljivi na vlagu, visoke temperature, na hemijske utjecaje, mehanička oštećenja i na nečistoću. Nužno je da se sa električnim trošilima i instalacijama postupa sa najvećom pažnjom i da se redovno i stručno održavaju kako bi se trajno sačuvali u ispravnom stanju. Treba osigurati stalnu i sistemsku kontrolu ispravnosti električnih uređaja i instalacija te zaštitnih mjera.

RUKOVANJE - osoblje koje rukuje električnim aparatima ili radi na električnim postrojenjima mora biti dobro upućeno u pravilno rukovanje, u izvore mogućih opasnosti i mora poznavati zaštitne mjere. Često dolazi do nezgoda kada se nestručno osoblje upušta u popravke električnih uređaja.

SLIKA 20. FAKTORI KOJI UTIČU NA SIGURNOST

LIČNA ZAŠTITNA SREDSTVA

31

Kod radova na električnim postrojenjima primjenjene tehničke mjere sigurnosti ne pružaju uvijek dovoljnu sigurnost pa je nužna primjena ličnih zaštitnih sredstava. Lična zaštitna sredstva moraju biti svrsishodno izabrana, a njihova primjena mora biti obavezna. Naročitu pažnju treba obratiti sistematskoj kontroli ispravnosti ličnih zaštitnih sredstava.

PRINCIPI TEHNIČKIH ZAŠTITNIH MJERA

Uporedo sa razvojem primjene električne energije uvode se tehničke zaštitne mjere da bi se uklonile opasnosti koje sa sobom nosi upotreba električne energije.

Spriječavanje povređivanja ljudi električnom strujom moguće je u osnovi na dva načina, i to tako :

da se onemogući dodir čovjeka sa bilo kojim djelovima postrojenja pod naponom, Ili da se ograniče jakosti struja i vrijeme prolaza struja kroz čovječije tijelo na bezopasne

veličine.Očito je da kod prvog načina želimo izbjeći da na čovjeka djeluje napon, bilo da

onemogućimo direktan dodir vodiča, bilo da uklonimo mogućnost da čovjek svojim tijelom premosti dvije tačke različitih potencijala. Taj način pruža daleko najveću sigurnost ali često neće moći biti u cijelosti primjenljiv iz tehničkih ili ekonomskih razloga. Zbog toga je razvoj tehničkih zaštitnih mjera išao i u drugom smijeru, sa tendencijom održavanja visine napona koji može djelovati na čovjeka. Time se na bezopasne veličine ograničavaju struje koje prolaze kroz tijelo. Spoznaja da je stepen povreda čovjeka električnom strujom ovisan o protoku struje i vremena prolaza struje kroz tijelo, vodi ka razvoju zaštitnih mjera sa brzim isključivanjem oštečenih strujnih krugova.

Nužno je potrebno istaknuti da je izolacija električnih aparata i postrojenja neophodan uvjet za njihov dobar i bezopasan rad.

Sa sve boljom kvalitetom i pouzdanošću izolacionih materijala smanjivat će se i opasnost kod primjene električne energije.

32

1. MJERE ZAŠTITE OD PREVISOKIH NAPONA DODIRA

1.1. Mjere zaštite od previsokih napona dodira

Prema standardu JUS N.B2.741:1989, kojeg je preuzeo BAS, kao i IEC standardima, zaštita od električnog udara postiže se primjenom odgovarajućih mjera:

- Zaštitu od direktnog dodira,- Zaštitu od indirektnog dodira- Istovremenu zaštitu od direktnog i indirektnog dodira.

Pod direktnim dodirom dijelova pod naponom podrazumijeva se neposredni (direktni) dodir ljudi sa vodljivim dijelovima električnih postrojenja i uređaja, koji su u normalnom pogonu pod naponom, uključujući i nulti vodič (N), ali po pravilu ne i zaštitni vodič (PE) koji u normalnom pogonu nije pod naponom.

Pod indirektnim dodirom dijelova pod naponom podrazumijeva se neposredni (direktni) dodir ljudi sa vodljivim dijelovima postrojenja i uređaja koji u normalnom pogonu nisu pod naponom, ali u slučaju kvara odlaze pod napon i njima teku struje kvara.

1.1.1. Zaštita od direktnog dodira

Najveća opasnost pri radu sa električnim mašinama i postrojenjima nastaje prilikom dodira provodnika koji su pod faznim (220 V) ili međufaznim (380 V) naponom. Zbog toga električni uređaji i instalacije moraju biti tako izvedeni da je onemogućen direktan dodir njihovih dijelova pod naponom. Prema standardu JUS N.B2.741:1989, zaštita od direktnog dodira dijelova pod naponom obuhvata sljedeće mjere:- zaštita izolovanjem (sprečava svaki dodir dijelova pod naponom);- zaštita pregradama ili kućištima (sprečava svaki dodir dijelova pod naponom);- zaštita preprekama (sprečava slučajan dodir dijelova pod naponom);- zaštita postavljenjem van dohvata ruke (sprečava slučajan dodir dijelova pod naponom);- dopunska zaštita pomoću zaštitnih uređaja diferencijalne struje (ZUDS).

Izolovanje kao zaštitna mjera, izvodi se tako da sve dijelove pod naponom, koji se nalaze na dohvat ruke, izolujemo odgovarajućom izolacijom, pravilno dimenzionisanom na električna naprezanja i otpornom na štetna djelovanja, koja se može ukloniti samo njenim oštećenjem.

Pregrade ili kućišta sprečavaju svaki kontakt s dijelovima instalacije pod naponom. IEC 60364, odnosno TC 64 Međunarodne elektrotehničke komisije definisali su stepen mehaničke zaštite električnih uređaja čiji radni napon ne prelazi 72,5 kV. Označavanje mehaničke zaštite izvodi se oznakom (npr. IP 32 S), koja se sastoji iz tri dijela:- prvi dio je slovna oznaka i ona je obavezna i unificirana (IP);

33

- drugi dio je brojčani i sastoji se od dva karakteristična broja. Prvi broj označava stepen zaštite od prodora stranih tijela kroz otvore kućišta električnog uređaja, a drugi broj označava stepen zaštite od prodora vode kroz kućište;

- treći dio je dopunska slovna oznaka i nije obavezna.Prepreke sprečavaju slučajan dodir s dijelovima pod naponom, ali ne sprečavaju

namjerno zaobilaženje prepreka. Prepreke moraju biti tako učvršćene da se spriječi njihovo slučajno uklanjanje, ali da se mogu ukloniti bez alata.

Postavljanjem dijelova pod naponom na sigurnu udaljenost ostvaruje se zaštita od direktnog dodira. Postavljanje van dohvata rukom ostvaruje se postavljanjem golih dijelova postrojenja koja su pod naponom na propisanu udaljenost, odnosno u zatvorenim prostorijama na visinu 2,5 m iznad mogućeg stajališta, ili da su 1,25 m udaljeni vodoravno ili u dubinu. Goli nadzemni vodiči na otvorenom prostoru moraju imati sigurnosnu visinu koja iznosi najmanje 4 m za nepristupačna područja, do 7 m u naseljenim mjestima. Sigurnosna visina je najmanje vertikalno rastojanje najniže tačke golog provodnika od zemlje pri temperaturi od + 40 oC ili pri temperaturi -5 oC+ dodatni teret od snijega i leda. Na slikama 7. i 8. predstavljeno je izvođenje zaštitne mjere postavljanjem na sigurnu udaljenost u zatvorenim prostorijama.

Zaštitni uređaji diferencijalne struje (ZUDS) koriste se samo kao dopunska zaštita drugim mjerama zaštite od direktnog dodira dijelova pod naponom i to u slučaju otkazivanja jedne od navedenih mjera zaštite. Zaštitna strujna sklopka nema ugrađenu zaštitu od preopterećenja ili kratkog spoja, a vrijednost diferencijalne struje definisana je na 30 mA, odnosno na struju bezopasnu po čovjeka. Upotreba zaštitne strujne sklopke kao jedinog sredstva zaštite nije dozvoljena.

1.1.2. Zaštita od indirektnog dodira

Zaštita od indirektnog dodira sastoji se u ograničavanju dozvoljenog napona dodira, koji u normalnim uslovima iznosi 50 V naizmjeničnog napona.

34

Sticanjem novih saznanja i iskustava, javila se potreba izmjene Tehničkih propisa iz oblasti zaštite od previsokog indirektnog napona dodira. Tako je JUS N. B2. 741, kojeg je preuzeo BAS, zaštite od indirektnog dodira svrstao u slijedeće grupe:6

- automatsko isključivanje napajanja,- izoliranje ili upotreba uređaja klase II,- postavljanje u nevodljive prostorije,- lokalno izjednačavanje potencijala bez uzemljenja,- električno odvajanje.

Zaštita automatskim isključenjem napajanja, u slučaju pojave kvara, zasniva se na tome da svaka greška (kvar) mora prouzrokovati dovoljno jaku struju greške koja će izazvati prekid napajanja za dovoljno kratko vrijeme. Vrijeme isključenja napajanja u slučaju pojave kvara je u funkciji visine napona dodira koji se javlja na kućištu uređaja. Da bi ova zaštita bila efikasna moraju biti ispunjeni sledeći uslovi:- Postojanje zatvorenog strujnog kruga kroz koji prolazi struja kvara (petlja),- Prekidanje struje kvara primjenom odgovarajućih zaštitnih uređaja.

To znači da svi vodljivi dijelovi uređaja moraju biti spojeni sa uzemljenom tačkom sistema preko zaštitnog vodiča (PE), koji takođe mora biti uzemljen. U slučaju pojave kvara, zaštitni uređaj mora automatski prekinuti napajanje strujnog kruga u vremenu koje ne dozvoljava održavanje napona dodira većeg od 50 V.

Električno odvajanje kao sistem zaštite izvodi se tako što se strujni krug nekog trošila galvanski odvaja od ostale mreže. Ovaj način zaštite provodi se pomoću sigurnosnog transformatora za električno odvajanje. Ako u tako galvanski odvojenom strujnom krugu i nastupi kvar na izolaciji, a čovjek dotakne dio uređaja pod naponom, kroz njega ća proteći bezopasna struja kvara.

1.1.3. Istovremena zaštita od direktnog i indirektnog napona dodira

Primjenom istovremene zaštite od direktnog i indirektnog dodira obezbjeđuje se zaštita ljudskog života, kako pri direktnom dodiru dijelova pod naponom tako i pri kvaru na izolaciji.

Na prvi pogled, to je najekonomičnije rješenje. Međutim, istovremena zaštita od direktnog i indirektnog dodira ipak ima ograničenu upotrebu u elektroenergetici, jer je to u osnovi primjena malih napona (malih snaga).7

Istovremena zaštita od direktnog i indirektnog dodira izvodi se pomoću sledećih sistema:- Zaštita sigurnosno malim naponom SELV (bez uzemljenja);- Zaštita sigurnosno malim naponom PELV (sa uzemljenjem);- Zaštita malim radnim naponom (FELV);- Zaštita ograničenjem energije pražnjenja.

6

7

35

Zaštita od električnog udara sigurnosno malim naponom smatra se sigurnom kada nominalni napon ne prelazi vrijendnost 50 V, kada je izbor napajanja jedan od sigurnosnih malih napona napajanja i kada su vodiči strujnih krugova malog napona fizički odvojeni od ostalih strujnih krugova višeg napona.

Izvori sigurnosnog malog napona mogu biti sigurnosno – izolirajući transformatori, elektrohemijski izvori (baterije i akumulatori) ili uređaji konstruisani tako da u slučaju pojave kvara napon na stezaljkama ne prelazi najveći dozovljeni napon (50 V).

Vodiči strujnih krugova SELV i PELV moraju se fizički odvojiti jedan od drugog i od ostalih strujnih krugova višeg napona.

Utičnice i utikači strujnih krugova SELV i PELV moraju biti tako kontstruisane da onemogućavaju uvlačenje utikača strujnih krugova SELV i PELV u utičnice viših strujnih krugova i obratno.

Vodljivi dijelovi uređaja strujnog kruga FELV povezuju se na zaštitni vodič primarnog strujnog kruga uz uslov da je primarni strujni krug zaštićen uređajem za automatsko isključenje napajanja.

1.1.4. Zaštitni uređaj diferencijalne struje (Strujna sklopka)

Kao zaštitna mjera od previsokog i opasnog napona dodira primjenjuje se i automatsko isključivanje napajanja mjesta kvara sa zaštitnim uređajem diferencijalne struje (FI sklopka).

Djelovanje zaštitne strujne sklopke zasniva se na mjerenju diferencijalne struje posredstvom transformatora. U normalnom pogonu, struja koja dolazi do potrošača jednaka je struji koja odlazi iz potrošača. Magnetski tokovi nastali proticanjem ovih struja se međusobno poništavaju, tako da jezgro transformatora nije namagnetisano. Kod pojave kvara, struja kvara će poteći zaštitnim vodičem i neće se vraćati kroz jezgru transformatora, tako da će doći do magnetisanja jezgra transformatora koje će dati signal za isključenje prekidača. Kod trofaznih potrošača princip rada je isti, s tim da kroz jezgro transformatora prolaze sva tri vodiča i nulti vodič, ali ne smije prolaziti zaštitni vodič.

Zaštitna strujna sklopka će reagirati i isključiti napajanje ako je struja I, koja teče kroz tijelo čovjeka veća od proradne struje sklopke (I∆n). Donja granica štetnog uticaja električne struje na čovjeka je između 15 mA i 30 mA, pa je proradna struja sklopke 30 mA i sasvim je dovoljna za sigurnu zaštitu od previsokog indirektnog napona dodira.

36

Slika 10. Trofazna FI sklopka Slika 11. Monofazna FI sklopka

1.2. Zaštita od previsokih napona dodira u distributivnim sistemima

Da bi se obezbijedila efikasna i sigurna distribucija električne energije do krajnjih potrošača izvršena je tipizacija distributivnih sistema, odnosno mrežnih formi u čitavoj Evropi.

Niskonaponske mreže međusobno se razlikuju po načinu izvođenja uzemljenja transformatorske stanice TS 20(10)/0,4 kV, odnosno stanja uzemljenosti zvjezdišta njenog energetskog transformatora.

Prema BAS IEC 60364-4-41 definisani su sledeći sistemi:8

a) TN sistem sa tri podsistema:- TN-S sistem,- TN-C sistem,- TN-C/S sistem,

b) TT sistem,c) IT sistem.

Sistem označavanja sastoji se od dvije slovne oznake i dopunske oznake, a ima sledeće značenje:a) Prvo slovo označava odnos sistema napajanja prema zemlji i može biti:- T – direktan spoj zvjezdišta transformatora sa uzemljenjem,- I – zvjezdište transformatora spojeno je sa uzemljenjem preko impedanse ili je

izolirano,

8

37

b) Drugo slovo označava odnos vodljivih dijelova električnih instalacija (kućišta uređaja) prema zemlji i može biti:- T – direktan spoj vodljivih dijelova električnih instalacija sa zemljom, neovisno od

uzemljenja bilo koje tačke sitema napajanja,- N – direktan spoj vodljivih dijelova električnih instalacija sa uzemljenom tačkom

sistema napajanja.c) Dopunska oznaka ima sledeće značenje:- S – zaštitni i nulti vodič su u cijelom sistemu odvojeni,- C – zaštitni i multi vodič su u cijelom sistemu zajednički,- C/S – zaštitni i nulti vodič su u sistemu djelimično odvojeni, a djelimično se vode kao

zajednički.

1.2.1. TN sistem

U TN sistemima uzemljena tačka sistema i svi vodljivi dijelovi kućišta električnih uređaja međusobno su galvanski povezani pomoću zaštitnog vodiča. Zaštitni vodiči moraju biti uzemljeni u transformatorskoj stanici ili u blizini transformatora. Ako postoje drugi efikasni spojevi sa zemljom, po pravilu se zaštitni vodiči takođe spajaju sa zemljom u svim tačkama gdje god je to moguće, kako bi se potencijal zaštitnog vodiča održao što bliže potencijalu zemlje.

Karakteristike zaštitnih uređaja i impedanse strujnog kruga moraju biti takve da u slučaju nastanka zemljospoja dođe do automatskog isključenja napajanja u propisanom vremenu. Ovaj uslov će biti zadovoljen ako je

ZPK ∙ I A ≤ UO

gdje je

ZPK – impedansa petlje kvara, koja obuhvata vodič pod naponom do tačke kvara i zaštitni vodič između mjesta kvara i izvora;IA – struja koja osigurava pouzdano djelovanje zaštitnog uređaja za automatsko isključenje Napajanja u propisanom vremenu;UO – nazivni napon prema zemlji.

U TN sistemima, za zaštitu se mogu koristiti zaštitni uređaj prekomjerne struje (osigurači) i zaštitni uređaj diferencijalne struje (zaštitna strujna sklopka).

Kod TN sistema ograničenje predstavlja slučaj kada je mala struja greške, tj. struja greške je manja od struje reagovanja prekostrujne zaštite. Drugu opasnost, kod TN-C i TN-C/S sistema predstavlja prekida PEN vodiča u neposrednoj blizini potrošača. Tada potrošač dolazi pod puni fazni napon i zaštita ne reagira. Još veća opasnost je kada dođe do prekida PEN vodiča u blizini tačke napajanja a vodič nije uzemljen na dovoljnom broju mjesta.

1.2.1.1. TN-S sistem

Ovaj sistem je poznat pod nazivom „bezstrujno nulovanje“ koji se često upotrebljava. Osnovna šema ovog sistema prikazana je na slici 12. Sa slike se može vidjeti da je zaštitni vodič potpuno neovisan od ostalih vodiča strujnog kruga, a u cijeloj instalaciji povezuje sve metalne

38

dijelove u jednu cjelinu, čime je ujedno izvršeno izjednačavanje potencijala. Nulti i zaštitni vodič spojeni su jedino u zvjezdištu izvora, što znači da pogonska struja ne protiče kroz zaštitni vodič.

Slika 12.

1.2.1.2. TN-C sistemi

Kod ovog sistema i nulti i zaštitni vodič dati su u jednom vodiču (PEN). Nulti i zaštitni vodič su objedinjeni u čitavoj instalaciji (slika 13.).

Slika 13.

1.2.1.3. TN-C/S sistemi

Osnovna karakteristika ovog sistema je da su zaštitni i nulti vodič djelimično odvojeni, pri čemu se zaštitni i nulti vodič pouzdano spajaju u jednoj tački, a zatim se od tog mjesta moraju potpuno odvojeno voditi (slika 14.). Ovaj sistem se koristi u elektroenergetskim mrežama u Federaciji Bosne i Hercegovine.

39

Slika 14.

1.2.2. TT sistem

Kod ovih sistema zaštita se provodi tako da se izvede direktan spoj kućišta uređaja sa uzemljivačem ili uzemljenim dijelovima, čime se postiže da prilikom pojave kvara putem osigurača dolazi do prekida napajanja (slika 15.).

Petlja kvara se zatvara kroz fazni vodič, uzemljenje, zemlju i radno uzemljenje izvora. Zbog toga su veoma važne vrijednosti pogonskog i zaštitnog uzemljenja. Zvjezdište transformatora mora se uzemljiti, s tim da vodič uzemljenja zvjezdišta transformatora mora biti dovoljno velikog presjeka da ne utiče na vrijednost struje greške. Kućišta uređaja mogu biti spojena na uzemljivač pojedinačno ili grupno, s tim da je zaštitni uzemljivač električno neovisan od pogonskog uzemljenja.

Slika 15.

1.2.3. IT sistem

Kod ovih sistema cjelokupna instalacija je izolirana od zemlje ili je sa zemljom spojena preko dovoljno velike impedanse (slika 16.). Ni jedan vodič pod naponom ne smije se spojiti sa zemljom. Spoj sa zemljom primjenjuje se tamo gdje se očekuju prenaponi ili kolebanja napona uz pojavu rezonancije, a može se izvršiti u zvjezdištu sistema.

U ovim sistemima, u vremenu pojave prvog kvara na izolaciji, struja kvara se ograničava tako da se ne može pojaviti opasni napon dodira veći od dozvoljenog. Ovaj uslov dopušta

40

izbjegavanje isključenja napajanja pri prvom kvaru i nastavak korištenja instalacije, s tim da se kvar što prije otkrije i otkloni. Ako se kvar ne otkloni sistem funkcioniše kao TN ili TT sistem i isključenje će se desiti pri pojavi drugog kvara.

Da bi se zadovoljio ovaj uslov instalacija se izolira od zemlje ili se spaja sa zemljom preko impedanse odgovarajuće vrijednosti.

Slika 16.

1.3. Mjere zaštite od previsokih napona dodira u elektrodistributivnom sistemu Federacije Bosne i Heregovine

1.3.1. Konstruktivne mjere zaštite u elektrodistributivnom sistemu F BiH9

Na osnovu elaborata Analiza i kritička ocjena rješenja zaštite u mrežama niskog napona, urađenog 2002. godine, usvojeno je da je osnovni sistem napajanja u elektrodistributivnim mrežama Federacije BiH TN-C/S sistem uz primjenju zaštitnog uređaja diferencijalne struje (strujna zaštitna sklopka) kao dopunske zaštite kod krajnjih kupaca električne energije.

Kao jedan primjer konstruktivnih mjera zaštite od opasnih napona dodira u elektrodistributivnim mrežama, uzeta je tipska Limeno montažna transformatorska stanica sa vanjskim posluživanjem - tip LMTS 10(20)/0,4 kV, 630 kVA, koja se u poslednje vrijeme sve više ugrađuje u elektroenergetski sistem Federacije BiH.

Ovaj tip transformatorske stanice priključuje se na elektroenergetsku mrežu 10(20) kV podzemnim kablovima.

Srednjenaponski blok čini potpuno oklopljeno, SF6 plinom izolirano i od opasnog napona dodira zaštićeno sklopno postrojenje. Plin SF6 služi kao izolacija i kao sredstvo za gašenje električnog luka. Rastavnim sklopkama, zemljospojnicima i vakuumskim prekidačem upravlja se pomoću poluge koja se nalazi izvan plinom punjenog prostora. Niskonapnski razvod izveden je kao slobodno stojeći ormar sa stepenom zaštite IP 20.

Zaštitno uzemljenje se izvodi kao spoj dva paralelna uzemljivača: sabirnog voda uzemljenja unutar kućišta transformatorske stanice i trakastog uzemljivača izvedenog oko betonskog postolja transformatorske stanice. Sva metalna kućišta elektroopreme povezuju na zaštitno uzemljenje.

9

41

Sistem zaštite u TN-C/S elektrodistributivnom sistemu Federacije BiH sastoji se od spoja provodnih dijelova električnih uređaja i instalacija sa uzemljenom nultom tačkom energetskog transformatora preko zaštitnog provodnika. Osnovni uslov za djelovanje ovog sistema zaštite je da struja greške bude veća ili jednaka struji isključenja ugrađene zaštite.

Zaštita od direktnog dodira dijelova pod naponom izvedena je oklopljenih srednjenaponskim postrojenjem i potpuno izoliranim rastavnim sklopkama sa osiguračima, te primjenom izolacijskih kapa postavljenih na priključcima kablova niskog napona.

Zaštita od indirektnog napona dodira izvedena je nulovanjem u TN sistemu sa dodatnim izjednačavanjem potencijala spajanjem svih metalnih dijelova na zaštitno uzemljenje TS. Oko temelja TS postavlja se presten od pocinčane trake u svrhu oblikovanja potencijala.

1.3.2. Mjere zaštite od opasnog napona dodira prilikom izvođenja radova na elektroenergetskom sistemu10

Pored konstruktivnih mjera zaštite od previsokih napona dodira, prilikom izvođenja radova na elektrodistributivnom sistemu obavezno je pridržavati se propisanih pravila sigurnosti. S obzirom na stepen opasnosti od električne struje, svi elektroenergetski objekti podijeljeni su u tri zone opasnosti:

- I zona – zona slobodnog kretanja u kojoj nisu potrebna posebna upozorenja, uputstva i mjere zaštite. U ovoj zoni dozvoljeno je kretanje svim zaposlenicima, a za posjetioce je obavezna pratnja;

- II zona – zona manipulacije i kontrole. U ovoj zoni mogu se kretati pogonsko i operativno osoblje, zaposlenici navedeni u nalogu za rad, posjetioci uz dozvolu za ulazak u postrojenje i pratnju;

- III zona – zona opasnosti, predstavlja rastojanje manje od najmanjeg sigurnosnog razmaka. U ovu zonu dozvoljen je pristup samo zaposlenicima navedenim u nalogu za rad i to samo nakon obezbjeđenja beznaponskog stanja i osiguranja mjesta rada.

Najmanji sigurnosni razmak je najmanje rastojanje od dijelova pod naponom kojima se čovjek smije približiti tijelom ili alatom (slika 17.).

10

42

Slika 17. Zona opasnosti

Podjela elektroenergetskih objekata, odnosno transformatorske stanice (slika 18.a) i metalno-rešetkastog stuba (slika 18.b) na zone opasnosti prikazana je na slici 18.

a) b)

Slika 18. Zone opasnosti

Prilikom obavljanja radova na elektrodistributivnim sistemima obavezno je provođenje i pridržavanje mjera sigurnosti, odnosno radovi se smiju izvoditi samo ako je provedeno osiguranje mjesta rada. Osiguranje mjesta rada provodi se primjenom „Pet zlatnih pravila“ (slika 17.), odnosno:

- Isključenje – vidljivo odvajanje od dijelova pod naponom,- Sprječavanje slučajnog ponovnog uključenja,- Utvrđivanje beznaponskog stanja,- Uzemljenje i kratko spajanje,- Ograđivanje od dijelova pod naponom.

Primjena „Pet zlatnih pravila“ obavezna je prilikom svakog izvođenja radova, bilo u postrojenjima ili na stubovima i instalacijama elektrodistributivne mreže.

43

Slika 18. „Pet zlatnih pravila“

Isključenje – vidljivo odvajanje od dijelova pod naponom ostvaruje se rastavljačem, sklopkom – rastavljačem, vađenjem uložaka niskonaponskih osigurača, rastavljanem provodnika.

Sprječavanje slučajnog ponovnog uključenja izvodi se na jedan ili više načina i to zaključavanjem ili blokiranjem pogonskih mehanizama, isključivanjem komandnog napona, blokiranjem izvora energije za pogon aparata, uklanjanjem topljivih umetaka osigurača, uklajnjanjem poluga i ručica za vršenje manipulacija, postavljanjem izolacionih umetaka.

Nakon toga postavljaju se table zabrane na mjestima upravljanja dijelovima postrojenja, i to na stremenasti pogon rastavljača kojim se zabranjuje manipulacija, mehanizam za ručno uključivanje, komandni prekidač za uključivanje, vrata ćelije, mjesta rastavljanja provodnika, prema potrebi i na drugim mjestima.

Utvrđivanje beznaponskog stanja vrši se prije uzemljivanja i kratkog spajanja na svim vodičima koji se uzemljuju i kratko spajaju. Beznaponsko stanje utvrđuje se indikatorom napona, mjernim instrumentima na niskom naponu, nabacivačkom puškom kod jednosistemskih vodova, uređajem ili alatom sa izolacionom drškom za mehaničko probijanje kablova.

44

Uzemljenje i kratko spajanje se vrši na mjestu rada i to na svim vodičima koji su u normalnom pogonu pod naponom, uključujući vodiče javne rasvjete. Uzemljenje i kratko spajanje vrši se na svim mjestima odvajanja od napona, a prema isključenim dijelovima postrojenja koji nisu uzemljeni i kratko spojeni treba se ponašati kao da su pod naponom.

Ograđivanje mjesta rada od dijelova pod naponom provodi se na mjestu rada gdje se radovi izvode u blizini dijelova pod naponom, a primjenjuje se kada postoji mogućnost da se tokom rada zaposlenik tijelom ili alatom približi ili dodirne dijelove pod naponom. Ograde i oznake upozorenja primjenjuju se radi jasne i lako uočljive identifikacije isključenog dijela postrojenja od dijelova koji su pod naponom. Ograđivanje od dijelova pod naponom vrši se umetanjem izolacionih zaštitnih ploča između noževa rastavljača, ograđivanje dijelova postrojenja pod naponom izolacionim pregradama, prekrivanje dijelova pod naponom izolacionim prekrivačima, ograđivanje dijelova pod naponom ogradama, trakama i znakovima upozorenja.

2. MEĐUNARODNI I DOMAĆI PROPISI KOJI DEFINIŠU ZAŠTITU OD OPASNIH NAPONA DODIRA11

U toku 2000. godine Zavod za standardizaciju Bosne i Hercegovine je metodom proglašavanja zamijenio dotad važeće JUS standarde sa IEC standardima. Najvažniji međunardoni propis je IEC 60364 i DIN VDE 0100.

Propis IEC 60364 publiciran je kao zbirka standarda, ima više dijelova, a svaki dio ima svoja poglavlja. Svako poglavlje standarda definiše i obrađuje jedan dio električnih instalacija, npr. IEC 60364-1 Električne instalacije u zgradama, Dio 1, Obim, svrha i osnovni principi; IEC 60364-2 Električne instalacije u zgradama Dio 2, Određivanje općih karakteristika itd.

U domaćoj regulativi je trenutno važeći standard BAS IEC 60364-4-41 Edicija 3.2. koji je zamijenio JUS N.B2.741.

Zaštita od opasnih napona dodira u niskonaponskoj mreži, u domaćim propisima, tretira se najvećim dijelom u TC 19 – Električne instalacije u zgradama.

Propis koji obuhvata ovu problematiku, a koji je takođe važeći, je Pravilnik o tehničkim normativima za električne instalacije niskog napona (Sl. list SFRJ, br. 53/88 i 54/88).

11

45

ZAŠTITA OD SLUČAJNOG DODIRA DJELOVA POD NAPONOMNajveća opasnost kod rada sa električnim aparatima i kod radova na električnim uređajima i postrojenjima prijeti od direktnog dodira vodiča ili ostalih djelova postrojenja koji se nalaze pod naponom. U takvim slučajevima uz malo nepovoljnije uvjete, na čovječije tijelo djeluju puni fazni ili linijski napon. Zbog tih razloga neophodno je izvesti električne instalacije, uređaje i aparate tako da je onemogućen direktan dodir s dijelovima pod naponom. Spriječavanje ove vrste opasnosti postiže se zaštitom od slučajnog dodira. Naziv „slučajan dodir“ označava da se spriječava nehotičan, slučajan dodir dijelova pod naponom čak i od osobe neupućene u opasnosti od električne struje.Zaštita od slučajnog dodira dijelova pod naponom postiže se :

Izoliranjem svih djelova postrojenja koji se nalaze na dohvatu ruke-odgovarajućom izolacijom , pravilno dimenzioniranom, otpornom na razne štetne utjecaje.

Postavljanjem djelova postrojenja izvan domašaja ruku. Smatra se da su izvan domašaja ruku oni djelovi pod naponom koji se od mogućeg stajališta nalaze na visini 2,5m iznad tog stajališta ili su udaljeni 1,25m, naniže ili horizontalno od tog stajališta(Slika 21).

Polaganje golih vodova dopušteno je na tim udaljenostima samo onda ako ne postoji mogućnost da ljudi kod nošenja vodljivih predmeta dotaknu te vodove.

Odgovarajućom ugradnjom djelova pod naponom npr. zatvoreni ormarić za glavni priključak i brojilo na privremenim radilištima.(Slika 22).

Zaštitnim mrežama i pregradama. Prevlake vodiča izolacionim lakom i emajlom, iako odgovaraju

pogonskom naponu, ne smatraju se u pogledu dodira dovoljnom izolacijom.

46

SLIKA 21.POSTAVLJANJE GOLIH VODOVA U ZGRADAMA

Zaštitne mreže i pregrade moraju biti pouzdano učvršćene i mehanički otporne.

Mreže i perforirane ploče smatraju se dovoljnom zaštitom samo onda ako kroz njih ne možemo dotaknuti djelove pod naponom sa ispitnim prstom(JUS N.A.5.020). Zaštita od slučajnog dodira nije potrebna na električnim uređajima sa nazivnim naponom do 42V ako je takav uređaj napajan iz izvora koji je pouzdano galvanski odvojen od višeg napona (npr. zaštitni transformator,akumulatorska baterija,galvanski elementi).

ZAŠTITA OD PREVISOKOG NAPONA DODIRA

Dodirnim naponom smatra se napon čijem djelovanju može biti izvrgnut čovjek kada dodiruje metalne djelove električnog postrojenja koji su uslijed kvara na izolaciji došli pod napon.

U najnepovoljnijim slučajevima dodirni napon može biti jednak naponu prema zemlji dotičnog sistema, i pri tom opasnost nije ništa manja od opasnosti direktnog dodira vodiča pod naponom.

Prema našim tehničkim propisima smatra se previsokim, odnosno opasnim svaki napon preko 65V. Kod posebno loših uvjeta kao što su velike i uzemljene metalne konstrukcije ili prostorije sa mokrim i vodljivim podovima i zidovima zatim kod dječijih igračaka, smatraju se opasnim dodirni naponi veći od 42, odnosno 24V. U rudnicima sa podzemnom eksploatacijom zbog lošijih uvjeta dozvoljava se dodirni napon 50V.

47

U pravilu posebne zaštitne mjere od dodirnog napona nisu potrebne u prostorijama u kojima napon prema zemlji ne prelazi gore navedene iznose. Zaštitne mjere od previsokog napona moraju se primjenjivati u pravilu u svim prostorijama gdje dodirni napon prelazi vrijednost od 65V, odnosno 50V. Od tog zahtjeva izuzimaju se instalacije i trošila u suhim stambenim i poslovnim prostorijama u kojima pod nije provodan, u kojima nema na dohvat ruke uzemljenih metalnih konstrukcija(vodovodne,plinske cijevi i sl.) i u kojima nije moguć istovremeni dodir dvaju električnih trošila.

Budući da se ovi izuzetni uvjeti rijetko gdje mogu ispuniti, možemo utvrditi da su zaštitne mjere protiv previsokog napona praktički svagdje potrebne. Spriječavanje previsokog napona dodira možemo postići na slijedeći način :

S m a nj i v a nj e m n a z i v n o g n a p o n a. Nazivni napon mreže može se izabrati tako nisko da ni u kojem slučaju kroz čovječije tijelo ne proteče opasna struja. Npr. primjena m a l o g n a p o n a.

Z a š t i t n o i z o l i r a nj e. Ako električna trošila ili pak zidove i podove presvučemo sa visokovrijednom izolacijom, dovoljno otpornom na mehanička oštećenja, kroz čovječije tijelo neće prolaziti opasna struja.

I z j e d n a č a v a nj e p o t e n c i j a l a. Međusobnim povezivanjem svih metalnih dijelova, koje je moguće dotaći, sa kućištima električnih trošila unutar pogonske prostorije onemogućava se da čovjek svojim tijelom premosti tačke različitih potencijala.

G a l v a n s k o o d v a j a nj e. Štićeno trošilo napaja se iz posebnog transformatora ili generatora i na taj način galvanski potpuno odvojeno od ostale električne mreže. Trošilo je priključeno sa kratkim i dobro izoliranim kabelom, a nijedan aktivni dio tog

48

strujnog kruga ne smije biti uzemljen. Kod takve izvedbe oštećenje izolacije ne može dovesti do opasnog dodirnog napona.

I s k lj u č i v a nj e d e f e k t n i h s t r u j n i h k r u g o v a. Ako u jednom strujnom krugu mreže nastupi spoj sa masom, odnosno zemljom taj defektni strujni krug isključuje se posredstvom osigurača, sklopki ili releja.

K o n t r o l a s t a nj a i z o l a c i j e m r e ž e. Posebnim relejima stalno se kontrolira izolacioni otpor mreže i u slučaju njegovog smanjenja ispod dozvoljenih granica dolazi do signalizacije, odnosno isklapanja defektnog djela mreže. Našim propisima predviđeno je 8 zaštitnih mjera od previsokog dodirnog napona, koje možemo sa obzirom na način djelovanja podjeliti u tri grupe :

I. G r u p a – bez uređenja za isklapanje struje greške : zaštitno izoliranje, mali napon, zaštitno odvajanje;

II. G r u p a – s uređajima za isklapanje struje greške :a) Isklapanje osiguračima

- zaštitno uzemljenje,- nulovanje,

b) Isklapanje zaštitnim sklopkama: - zaštitna naponska sklopka,- zaštitna strujna sklopka;

III. G r u p a-s uređajem za kontrolu stanja izolacije mreže :- sistem zaštitnog voda.

Primjena ovih zaštitnih mjera ovisit će o traženom stepenu sigurnosti, o uvjetima koji vladaju u štićenom objektu i o troškovima izvedbe.

ZAŠTITNO IZOLIRANJE

Opasnost od previsokog napona dodira možemo spriječiti na taj način da električno trošilo opremimo povrh pogonske izolacije, posebno još i dodatnom zaštitnom izolacijom, i to tako da ne možemo dodirnuti vodljive dijelove, koji u slučaju kvara na pogonskoj izolaciji mogu doći posredno ili neposredno pod napon.

Osim zaštitnog izoliranja u ovu zaštitnu mjeru spada i zaštitno izoliranje stajališta, kojim se spriječava da se pri dodiru dijela pod naponom zatvori strujni krug preko čovjeka.

Zaštitno izpliranje trošila izvodi se na dva načina :

49

-Oblaganjem izolacionim materijalom svih metalnih djelova koji u slučaju kvara dolaze posredno ili ne posredno pod napon(Slika 23). Kod manjih električnih trošila, kao što su sušila za kosu, brijaći aparati, brusilice, ova se zaštitna mjera izvodi na taj način da se kompletno kućište aparata izrađuje iz čvrstih i trajnih izolacionih materijala. Spajanje kućišta s unutarnjim djelovima trošila posredstvom metalnih vijaka treba da je tako izvedeno da se ne može prenijeti napon na vanjsku stranu kućišta.

-Ugrađivanjem dodatne izolacije između vanjskog metalnog kućišta i unutarnjih djelova trošila. Ovo se postiže ugradnjom izolacionih umetaka između kućišta i ostalih djelova, u prenosnike i osovine. Priključak ovako štićenih trošila izvodi se pomoću gipkih izoliranih priključnih vodova koji nemaju zaštitnih vodiča, a fiksno su učvršćeni na trošilu. Takvo trošilo nema na sebi utičnice. Utikači ovakvih priključnih vodova izrađuju se po obliku kao utikači sa zaštitnim kontaktom, tako da se mogu utaknuti u obične i u utičnice sa zaštitnim kontaktom.

Dodatna zaštitna izolacija mora biti punovrijedna, trajna i otporna pod svim uvjetima. Lakiranje, emajliranje i slično ne smatra se dodatnom zaštitnom izolacijom. Trošila kod kojih je provedena zaštitna izolacija treba da su obilježena posebnim znakom.

ZAŠTITNO IZOLIRANJE STAJALIŠTA, primjenjuje se samo kod električnih naprava koje su fiksno montirane i prema tome nepomične. Provodni pod i svi provodni djelovi koji su neposredno spojeni sa zemljom a nalaze se na dohvat ruku, moraju biti obloženi izolacionim materijalom. Izvan dohvata ruku smatraju se oni provodni djelovi koji se od stajališta nalaze na visini od 2,5 m. Ili su udaljeni 1,25m naniže, odnosno u vodoravnom smjeru.

Izolacione prevlake moraju biti fiksno učvršćene na podlogu i moraju biti dovoljno velike, tako da trošilo možemo dodirnuti samo sa izoliranog stajališta. Širina izolacione podloge ne smije biti manja od 1, 25m.

Ako sa stajališta možemo istovremeno dodirnuti više električnih uređaja, onda treba njihove metalne dijelove, koji mogu doći pod napon međusobno galvanski spojiti.

Ako je zaštitno izoliranje pravilno izvedeno, pruža vanredno veliku sigurnost. U zadnje vrijeme naglo se širi primjena zaštitnog izoliranja trošila, naročito zbog svoje sigurnosti i relativno malih troškova.

50

SLIKA 23. ZAŠTITNO IZOLIRANJE

MALI NAPON

U vrlo teškim uvjetima rada gdje je stupanj opasnosti velik, kao što su radovi sa električnim uređajima na metalnim konstrukcijama, garažama i slično, najdjelotvornija zaštitna mjera je mali napon jer on sam po sebi isključuje svaku opasnost.

Upotrebljava se standardni napon od 24 ili 42 V. Uz pretpostavljeni otpor čovječijeg tijela od 1000 oma, ovi naponi mogu izazvati struje od 24 mA ili 42 mA, što je ispod smrtne opasnosti(Sl.24).

Mali napon možemo dobiti iz slijedećih izvora :

- akumulatorske baterije,- galvanskog članka,- motor-generatora,- pretvarača sa odvojenim namotima,

51

- zaštitnog transformatora,- transformatora za dječije igračke.

Najčešće za dobivanje malih napona služe z a š t i t n i t r a n s f o r m a t o r i koji trebaju biti građeni prema posebnim propisima. Sekundarni namot mora biti odvojen od primarnog namota, a u slučaju kvara u transformatoru sekundarna strana transformatora ne smije poprimiti viši primarni napon. Osim toga takav transformator mora biti siguran i u slučaju kratkog spoja, tako da struje kratkog spoja ne mogu oštetiti namote. Njegova vanjska karakteristika krivulja U=f(I) mora biti padajuća.

Primjena štednih transformatora u svrhu dobivanja malog napona je zabranjena.

Svi djelovi pod naponom , pa i oni na sekundarnoj strani zaštitnog transformatora moraju biti zaštićeni od slučajnog dodira.

Prema pravilu se zaštitni tarnsformator montira fiksno. Svi njegovi metalni dijelovi koji bi mogli doći pod napon primarne strane, moraju biti štićeni od previsokog napona dodira i to onom zaštitnom mjerom koja se primjenjuje u mreži iz koje se ovaj transformator napaja.

Ako je zaštitni transformator prenosiv, onda se mora primjeniti zaštitno izoliranje kao zaštitna mjera od previsokog dodirnog napona. Zaštitni transformatori smiju se graditi do snage 5000 VA, a najviši primarni napon smije biti 500 V. Transformatori za dječije igračke grade se do snage 200 VA,s najvišim mogućim primarnim naponom od 250 V a sekundarnim od 24 V.

Dijelovi strujnog kruga malog napona ne smiju se uzemljiti, niti spajati sa uređajima višeg napona.

Priključak uređaja malog napona na zaštitni transformator ili drugi izvor izvodi se u pravilu utičnicama koje se nalaze na izvoru malog napona. Utikači za priključak uređaja malog napona trebaju biti izgrađeni drugačije nego utikači za normalni pogonski napon, tako da se utikač za mali napon ne može nikada utaknuti u utičnicu normalnih pogonskih napona.Takav utikač obično ima koncentrične kontakte ili tri čepa posebno razmještena.

Mali napon prvenstveno se primjenjuje za ručne svjetiljke, električni alat i dječije igračke. Primjena ove, inače veoma efikasne zaštitne mjere dosta je ograničena jer se mogu priključiti samo uređaji malih snaga i na male udaljenosti. Za priključak većih snaga morali bismo imati velike presjeke vodiča, a što je veoma neekonomično.

ZAŠTITNO ODVAJANJE

52

Kod ove zaštitne mjere strujni krug nekog trošila, na kome želimo provesti zaštitu od previsokog napona dodira, galvanski odvojimo od ostale električne mreže pomoću t r a n s f o r m a t o r a z a g a l v a n s k o o d v a j a nj e(Slika 25). Zaštitno djelovanje ove tehničke mjere zasniva se na slijedećem :

Ako u takvom galvanski odvojenom strujnom krugu i nastupi kvar na izolaciji, a čovjek dotakne dio uređaja koji je zbog tog kvara došao pod napon, kroz čovjeka će poteći relativno malena i bezopasna struja greške jer se ona zatvara samo preko kapacitivnih otpora i otpora izolacije priključnog kabela trošila. Kako kapacitivni i izolacioni otpori kabela prema zemlji opadaju sa većim dužinama kabela, to se kod primjene ove zaštitne mjere dozvoljavaju samo kraći priključni kabeli od transformatora do trošila.

Veća struja greške, a time i veća opasnost, moguća je samo onda kada istovremeno nastupi dozemni spoj priključnog kabela sa probojem izolacije na trošilu. Vjerovatnost takvog slučaja bit će mala ako se priključuje samo jedno trošilo na transformator za galvansko odvajanje, a to propisi zahtjevaju, i ako se upotrebljava pojačana izolacija priključnog kabela. Stalno treba kontrolirati ispravnost priključnog kabla.

S transformatorom za galvansko odvajanje smije se napajati samo jedno trošilo nazivne struje najviše 16A.

Sekundarni strujni krug ne smije biti nigdje uzemljen niti vezan sa ostalim djelovima instalacije. Posebnu pažnju treba obratiti na sprečavanje oštećenja priključnog kabla.

Napajanje transformatora za galvansko odvajanje dozvoljeno je iz mreže sa najvišim naponom od 500 V. Sekundarni napon transformatora može imati najviše 380 V, dok je u podzemnim rudnicima taj napon ograničen na 125 V.

53

Kućište fiksno montiranog transformatora za galvansko odvajanje mora biti zaštićeno mjerom koja se primjenjuje u mreži iz koje se taj transformator napaja.

Ako je transformator za galvansko odvajanje prenosiv, onda mora biti zaštićen zaštitnom izolacijom. Priključak trošila obavlja se utičnicom bez zaštitnog kontakta, a zabranjena je primjena produžnih priključnih naparava sa metalnim kućištem.

Kod radova u kotlovima, na metalnim konstrukcijama i većim metalnim masama, treba kućište trošila galvanski vezati posebnim vodičem za metalne dijelove na kojima radnik stoji. Presjek takvog zaštitnog vodiča mora biti jednak presjeku vodiča zaštitnog kabla. Kod radova ne velikim metalnim masama, transformator za odvajanje mora stajati izvan metalnih masa.

Ova zaštitna mjera upotrebljava se u teškim uvjetima rada jer pruža veliku sigurnost ali je veoma skupa jer svako trošilao treba svoj zasebni transformator za odvajanje.

ZAŠTITNO UZEMLJENJE

Zaštitno uzemljenje izvodi se spajanjem kućišta trošila i svih ostalih metalnih dijelova električnih naprava sa uzemljivačem koji bi mogli doći pod napon usred proboje izolacije. Ova zaštitna mjera primjenjuje se kod mreža s direktno uzemljenom neutralnom tačkom. U slučaju kvara na izolaciji poteći će struja greške, koja mora biti dovoljno velika da izazove pregaranje najbližeg osigurača ili okidanja automata, koji će na taj način isklopiti defektni strujni krug i spriječiti održavanje previsokog dodirnog napona na provodnim djelovima trošila i instalacije.

S obzirom na način uzemljivanja, razlikujemo dvije vrste zaštitnog uzemljenja :

- U z e m lj e nj e p o m o ć u p o j e d n i n a č n i h u z e m lj i v a č a, kada je jedno ili više trošila povezano zaštitnim vodičem na posebni, odvojeni uzemljivač;

- U z e m lj e nj e p o m o ć u z a j e d n i č k o g u z e m lj i v a č a, kada su kućišta trošila vezana zaštitnim vodom na jedan skupni, zajednički uzemljivač(kao što je npr.vodovodna mreža,olovni plašt kabela ili posebno položen trakasti uzemljivač) a na taj isti zajednički uzemljivač spojeno je i pogonsko uzemljenje nulte tačke transformatora.

ZAŠTITNO UZEMLJENJE SA POJEDINAČNIM UZEMLJIVAČEM

Na slici 26. prikazan je shematski spoj zaštitnog uzemljenja sa pojedinačnim uzemljivačem. Metalno kućište električnog trošila neposredno je uzemljeno sa uzemljivačem čiji je otpor Rz. U slučaju proboja izolacije jedne faze na trošilu prolazi struja greške Ig iz faznog vodiča kroz kućište trošila, preko uzemljivača u zemlju, zemljom do pogonskog uzemljivača Rpz u transformatorskoj

54

stanici te preko zvjezdišta transformatora i faznog namota nazad u fazni vodič. Prema tome struja prolazi zatvorenim strujnim krugom usled djelovanja faznog napona. Struja greške prolazeći kroz otpor zaštitnog uzemljivača, stvara pad napona, te uzemljivač i kućište zaštićenog trošila dobivaju prema dalekoj zemlji napon greške :

Ug=Ig ∙ Rz (V ) ………………… …………………… .. (28 ) .

Ako čovjek dodirne kućište koje se nalazi pod naponom greške, poteći će struja greške paralelno kroz zaštitno uzemljenje i kroz čovječije tijelo. U jednoj grani imamo otpor zaštitnog uzemljenja Rz, a u drugoj grani spojen u seriju otpor čovječijeg tijela Rt s prijelaznim otporom čovjeka prema zemlji Rp.(Slika 27).

Struju koja prolazi kroz čovječije tijelo možemo izračunati prema poznatoj jednačini :

¿=Ug

R t +Rp( A ) ………………… ………… .. (29 ) .

Dodirni napon koji vlada u čovječijem tjelu iznosi :

Ud=¿ ∙Rt (V ) ……………… ……………………………. (30 ) .

Uvrštavanjem jednačine 29 u jednačinu 30 dobivamo izraz za dodirni napon u ovisnosti o naponu greške, otporu čovječijeg tijela i prelaznom otporu tla :

Ud=Ug∙Rt

Rt+ Rp(V ) ……………………………. (31 ) .

Ako je prelazni otpor tla neznatan kao što je to u vlažnim i mokrim prostorijama ili ako čovjek istovremeno dodiruje kućište i neke druge uzemljene metalne predmete, onda možemo zanemariti vrijednost prijelaznog otpora čovjeka prema zemlji Rp ≈ 0, pa je dodirni napon jednak naponu greške :

Ud=U g=Ig ∙ Rz ……………… ………………………. (32 ) .

Prema zahtjevima naših propisa dodirni napon ne smije biti veći od 50V . Kada struje greške naraste do tolike vrednosti da bi dodirni napon bio veći od 50 V, osigurač mora isklopiti. Zato moramo zahtjevati da bude : Ud=Ug=Ig ∙ Rz ………………… ……………………. (32 ) .

Pri čemu je Io Isklopna struja najbližeg osigurača ili automata. Iz toga proizlazi zahtjev za dimenzioniranje otpora pojedinačnog uzemljivača :

Rz≤50V55

Rastalni osigurači i automati isključuju strujni krug kada struja koja prolazi kroz njih, naraste na višestruku vrijednost u odnosu na nazivnu struju osigurača. Vrijeme koje prođe od nastanka kvara pa do trenutka pregaranja osigurača, veoma je ovisno o jednakosti struje. Brzi osigurač nazivne struje od 16A pregorjet će u vremenu od 0,1 sec. pri prolazu peterostruke nominalne struje, a pri struji 2,5 puta većoj od minimalne struje, tek nakon 10 sec. Tromi osigurači isklapaju, u usporedbi sa brzim osiguračima, znatno sporije pri istom višekratniku nominalne struje. Tako npr. tromi osigurač minimalne struje 16A pregara pri struji 2,5 puta većoj od nominalne tek nakon 60sec., a pri peterostrukoj nominalnoj struji za jednu sekundu.

Vidimo da je od velike važnosti određivanje isklopne struje osigurača i automata, kako za dimenzioniranje otpora uzemljivača, tako i za trajanje previsokog napona dodira.

Isklopnu struju računamo prema izrazu :

I o=k ∙∈………… …………………… .. (35 ) .

gdje je In – nazivna struja osigurača, a k-višekratnik nazivne struje, koji se dobiva prema slijedećoj tabeli :

Otpor uzemljivača računa se prema jednačini :

Rz ≤65

k ∙∈¿ (oma ) ……………………… …………………….(36)¿

56

i on ne smije prelaziti vrijednosti dobivene ovim izrazom, jer se u tom slučaju mogu pojaviti dodirni naponi veći od 65V i isklapanje kvara uslijedit će nakon nedozvoljeno dugog vremena. Budući da struja greške prolazi i kroz uzemljivač pogonskog uzemljenja, taj će uzemljivač također, poprimiti neki potencijal prema zemlji. Potencijal tog uzemljivača ovisi o jakosti struje greške i otporu uzemljivača.

Upz=Ig ∙Rpz (V ) ……………………………… .. (37 ) .

Kako je na pogonsko uzemljenje vezan i neutralni vodič, to će i on poprimiti isti potencijal. Zbog sigurnosti ljudi, ne smije se dozvoliti da neutralni vodič i pogonski uzemljivač poprime veće napone od dozvoljenog dodirnog napona, tj. od 65V. Dakle, neophodno je i otpor pogonskog uzemljivača dimenzionirati prema tom zahtjevu, i on mora uznositi :

Rpz ≤65

k ∙∈¿ (oma ) ……………………… …………… ..(38)¿

pri čemu se za In uzima nazivna struja osigurača onog štićenog trošila koje ima najjače osigurače u cijeloj mreži.

Na temelju ovih zahtjeva možemo izračunati maksimalno dozvoljene otpore uzemljivača za pojedine nazivne struje osigurača, a ti iznose :

I n=6 10 16 20 25 A

R z=3,091,86 1,16 0,93 0,74Ω

Uočljivo je da ovi zahtjevi za dimenzioniranje otpora uzemljivača zahtjevaju vanredno niske otpore, što je u praksi veoma teško postići. Zbog toga mogućnost primjene ove zaštitne mjere je ograničena samo na trošila manjih snaga koja nemaju osigurače jače od 10A.

ZAŠTITNO UZEMLJENJE POMOĆU ZAJEDNIČKOG UZEMLJIVAČA

Kod razdjelnih mreža niskog napona u čim se blizinama nalaze razgranate vodovodne mreže ili je pak ta niskonaponska mreža izvedena kablovima sa metalnim plaštem, mogu se te vodovodne cijevi ili metalni plaštevi kablova upotrijebiti za uzemljenje trošila i za pogonsko uzemljenje. Na taj način su izbjegnute poteškoće koje su vezane uz postizavanje niskih otpora kod pojedinačnih uzemljivača. Kao zajednički uzemljivač može, također, poslužiti i posebno u tu svrhu ukopna željezna pocinčana traka. Kod ove vrste zaštitnog uzemljenja treba i pogonsko uzemljenje spojiti na isti skupni uzemljivač. Na slici 28. prikazan je shematski spoj ove zaštitne mjere. U slučaju proboja izolacije struja greške će proteći od faznog vodiča preko kućišta trošila na skupni uzemljivač, zatim kroz skupni uzemljivač u zemlju na zvjezdište transformatora, te

57

nazad u fazni vodič. Struja greške, osim što prolazi kroz skupni uzemljivač teći će dijelom i kroz zemlju. Struja greške mora i u ovom slučaju biti dovoljno velika da izazove brzo pregaranje osigurača defektnog trošila i na taj način spriječi održavanje previsokog dodirnog napona.

Za veličinu struje greške mjerodavan je sada ukupni otpor petlje(zamke) Rpe kroz koji prolazi struja greške, i fazni napon mreže.

Računski je dosta teško obuhvatiti ove otpore, pogotovo paralelne otpore vodovodnih cijevi i zemlje, ali se iz raznih mjerenja vidi da se prelazni otpor rasprostanjene vodovodne mreže kreće u granicama od 0,5 do 2 oma, a otpori dozemnih vodiča maksimalno do 0,5 oma. Na temelju toga mogu se očekivati otpori petlje u granicama od 1 do 3 oma.

SLIKA 28. ZAŠTITNO UZEMLJENJE SA SKUPNIM UZEMLJIVAČEM

Za ispravno izvođenje ove zaštitne mjere otpor petlje ne smije biti veći od

Rpe ≤Uf

k ∙∈¿ (oma ) ………………………………… …………(39)¿

Pri čemu je Uf – fazni napon(napon prema zemlji) u mreži.

Faktor k dobiva se iz tabele 1.

Otpor petlje treba bezuvjetno izmjeriti prije stavljanja postrojenja u pogon. Ako bi otpor petlje bio prevelik za pojedine jače osigurače onda za zaštitu tih trošila treba primjeniti neku drugu zaštitnu mjeru, npr. zaštitnu naponsku sklopku.

Kod primjenjivanja vodovodne mreže za zajednički uzemljivač, posebno pažnju treba obratiti na mogućnost prekidanja galvanske mreže sa raznim izolacionim umecima.

58

Kod zaštitnog uzemljenja sa zajedničkim uzemljivačem postavlja se zahtjev da ukupni otpor zajedničkog uzemljivača ne promašuje iznos od dva oma, kako bi se onemogućilo da se kod zemljospoja jedne faze ostali fazni vodiči poprime veći napon od 250V prema zemlji.

Ispravno spajanje metalnih kućišta trošila izvodi se tako da se oni galvanski povežu posredstvom zaštitnih vodiča na zaštitne uzemljivače. Ni u kom slučaju ne smijemo dozvoliti serijsko spajanje štićenih trošila na zaštitni vodič(Slika 29).

Za ispravno djelovanje zaštitnog uzemljenja važna su svojstva i stanje zaštitnih vodiča. Ako se zaštitni vodič prekine, zaštitna mjera postaje nedjelotvorna i u slučaju kvara pojavit će se nedozvoljeno visoki naponi dodira. Najveća opasnost je u tome što nepostojenje ili prekid zaštitnog vodiča ne utiče na normalni pogon i zato se teže zapažaju nedostaci ovakve vrste. Zbog tih razloga treba osigurati povremenu kontrolu ispravnostizaštitnih vodiča, zemljovoda i uzemljivača.

Zaštitni vodiči i zemljovodi trebaju biti stalno položeni, osim kod prenosnih trošila, koja moraju u priključnom hodu imati poseban vodič koji služi kao zaštitni vodič.

Zaštitni vodič i zemljovode treba ispravno dimenzionirati. Tehničkim propisima za izvođenje elektroenergetskih instalacija u zgradama propisani su najmanji dozvoljeni presjeci zaštitnih bakrenih vodiča. Pregled dozvoljenih presjeka dat je u tebeli I priloga.

Ako su zaštitni vodiči od istog materijala kao glavni vodiči, onda se presjek zaštitnih vodiča odabire tako da oni imaju otpor manji ili jednak otporu propisanog bakrenog vodiča. Ako su zaštitni provodnici izolirani, oni se po boji moraju razlikovati od ostalih vodiča i po pravilu trebaju biti obojeni žuto i zeleno.

Zaštitno uzemljenje pojedinačnog uzemljivača danas se rijetko primjenjuje, izuzev za manja pojedinačna trošila. Uzemljenje sa zajedničkim uzemljivačem je više u upotrebi, pogotovo tamo

59

gdje stoji na raspolaganju vodovodna mreža. U tom slučaju je to dosta jeftina zaštitna mjera . Potrebno je naglasiti da kod obje vrste zaštitnog uzemljenja ne možemo spriječiti pojavu visokog dodirnog napona, već samo ograničavamo njegovo trajanje. Vrijeme trajanja eventualno višeg dodirnog napona ovisno je o vremenu isklapanja osigurača ili automatskih osigurača, i može u nekim nepovoljnim prilikama iznositi do 3 sec.

NULOVANJE

Nulovanje kao zaštitna mjera veoma je rasprostranjeno, a sastoji se u tome da metalna kućišta i ostale provodne djelove trošila koji nisu pod naponom, galvanski povežemo neutralnim vodičem razvodnog sistema kao što prikazuje slika 30.

Kod nulovanja upotrebljavamo neutralni vodič kao povratni vodič za struju greške. Električna zbivanja su slična kao kod uzemljenja sa zejedničkim uzemljivačem. U slučaju proboja izolacije na trošilu, struja greške protječe kroz zatvoreni strujni krug koga sačinjavaju fazni vodič-kućište trošila – neutralni vodič-zvjezdište transformatora – fazni vodič.

Zaštitu od previsokog napona dodira postižemo istom onda ako uslijed prolaza struje greške kroz osigurač(odnosno zaštitnu sklopku) štićenog trošila ovaj osigurač pregori i prekine strujni krug odmah po nastanku kvara.

Budući da kroz zaštite uzemljivanjem neutralni vodič redovno ima manji otpor od zaštitnog i pogonskog uzemljenja, možemo očekivati da će zbog djelovanja faznog napona teći dovoljno velika struja greške koja će izazvati djelovanje zaštitnih elemenata. Kod nulovanja struja greška je ujedno i struja jednofaznog kratkog spoja,a njena veličina ovisi o faznom naponu i ukupnom otporu gore navedenog strujnog kruga tj. o otporu petlje Rpe. Nulovanje se najviše upotrebljava u razdjelnim mrežama, a može se primjeniti ako je zvjezdište transformatora ili generatora direktno uzemljeno. Nulovanje je samo na prvi pogled jednostavna zaštitna mjera, ona krije dosta opasnosti ako se ne ispune određeni uvjeti.

60

PRVI UVJET NULOVANJA

U slučaju nastajnja kratkog spoja na bilo kojem mjestu u električnoj mreži između faznog i neutralnog vodiča, mora poteći struja greške koja je jednaka ili veća od isklopne struje najbližeg osigurača ili sklopke, i koja će izazvati pregaranje tog osigurača ili isključivanje sklopke.

Prema tome presjeci vodiča između transformatora i trošila moraju biti tako dimenzionirani da je ispunjen uvjet :

Ig≤ k ∙∈( A ) ………………………………… ……….. ( 40 ) .

Taj uvjet će biti ispunjen kada je :

Rpe ≤Uf

k ∙∈¿ (oma ) ………………………………… …. ( 41 ) .¿

Za odabiranje višekratnika „k“ vrijedi ista tabela kao kod zaštitnog uzemljenja.

Također je izbjegnuta opasnost pojave potencijalnih razlika između kućišta strojeva i zemlje uslijed pada napona duž nul-vodiča.

Sistem nulovanja s posebnim zaštitnim vodičem omogućava primjenu i strujnih zaštitnih sklopki bez posebnih pregradnji.

ZAŠTITNA NAPONSKA SKLOPKA

61

Djelovanje zaštitne naponske sklopke sastoji se u tome da se pomoću naponskog releja kontrolira napon na kućištima štićenih trošila koji bi se pojavio u slučaju proboja izolacije.

Ako napon između kućišta i zemlje prođe određenu granicu, relej pomoću sklopke isklapa defektno trošilo.

Shema spoja zaštitne naponske sklopke prikazana je na slici 39. Između mreže i štićenog trošila(1) ugrađuje se zaštitna sklopka(2) koja mora biti ispravna dimenzionirana s obzirom na karakteristike trošila. Naponski relej(3) aktivira isklapanje zaštitne sklopke ako se na njemu pojavi napon viši od određene vrijednosti. U slučaju kvara na trošilu kućište poprima neki napon prema zemlji. Taj napon će izazvati proticanje struje greške kroz zaštitni vodič(7) nadnaponski relej(3) dozemni vodič(8) i pomoćni uzemljivač Rp0 u zemlju. Struja greke prolazeći kroz svitak releja, izaziva isklapanje sklopke ako napon greške Ug pređe predviđenu vrijednost.

Vremena isklapanja zaštitnih naponskih sklopki veoma su kratka i ne smiju biti veća od 0,1 sec.

Osjetljivost zaštitne naponske sklopke podešava se veličinom prelaznog otpora pomoćnog uzemljivača. Za isklapanje pri naponu od 24V prijelazni otpor pomoćnog uzemljivača mora iznositi 200 oma, za napon 50V treba biti 600 oma, a za napon 65V otpor ne smije preći iznos od 800 oma.

Prilikom montaže i u pogonu treba spriječiti premošćenje relea s vodljivim metalnim djelovima jer se time onemogućava ispravan rad relea. Takvo premošćenje relea nastupit će ako je kućište štićenog trošila vodljivo spojeno sa dozemnim vodičem.

Upravo zato dozemni vodič mora biti izoliran i mehanički zaštićen u cijevi, ili izveden kao vodič kabla. Presjek dozemnog vodiča mora biti najmanje 1,5mm2 kod bakrenih, a 2,5mm2 kod aluminijskih vodiča.

Pomoćni uzemljivač mora u pravilu biti izveden kao posebni uzemljivač i ne smije se nalaziti unutar naponskih lijevaka drugih uzemljivača. Taj se zahtjev postavlja zato da ne bi pomoćni uzemljivač došao

62

pod napon u slučaju greške na nekom drugom trošilu, i uslijed toga dovelo do nepotrebnog isklapanja trošila. Na slici 40 prikazan je takav slučaj. Između kućišta štićenog trošila i pomoćnog uzemljivača vlada napon Ue koji može aktivirati izbacivanje sklopke. Zbog toga može biti pomoćni uzemljivač udaljen najmanje 10m od drugih uzemljivača.

Ponekad može biti otežana izvedba pomoćnog uzemljivača, kao npr. u stambenim blokovima i tvornicama. Tada možemo kao pomoćni uzemljivač upotrijebiti vodovodnu mrežu, ako smo sigurni da na taj način nećemo premostiti naponski svitak zaštitne naponske sklopke štićenog trošila.

Pomoćne uzemljivače možemo izvesti kao :

- štapne, iz cijevi najmanjeg promjera ½“, ukopane najmanje 1,5m duboko,- pločaste, najmanjih dimenzija 50x50 cm.- trakaste, najmanje dužine 10m.

Zaštitni vodič može biti go ili izoliran. Zaštitne vodiče možemo polagati neizolirane samo onda ako ne prijeti opasnost da se premosti naponski svitak.

Presjek zaštitnog vodiča iz bakra mora biti najmanje 1,5mm2, a ako je zaštitni vodič iz aluminija onda njegov presjek ne smije biti manji od 2,5mm2.

U slučaju kada se jednom zaštitnom naponskom sklopkom štiti više trošila, a jedno od tih trošila je dobro uzemljeno preko metalnih konstrukcija onda presjeci svih zaštitnih vodiča ne smiju biti manji od polovice presjeka faznog vodiča najjačeg trošila. Na slici 41. Prikazan je takav slučaj. Pretpostavimo da dođe do proboja izolacije na većem trošilu koje je osigurano osiguračem od 60A, ali tako da struja greške ne bude veća od 50A. Osigurač tog trošila neće pregorjeti, pa će struja greške trajno teći u zemlju preko dobrog uzemljenja drugog trošila. Ako je otpor uzemljenja metalne konstrukcije relativno nizak, npr. Rz = 0,5 oma onda će pad napona iznositi :

Ug=Ig₁ ∙ Rz=50 ∙ 0,5=25V .

63

Taj napon je ujedno i dodirni napon. Ako je rele podešen da proradi kod napona dodira iznad 65V, rele neće proraditi i struja greške može stalno teći u zemlju. Ukoliko bi zaštitni vodič imao presjek samo 1,5 mm2 prijeti direktna opasnost pregaranja zaštitnog vodiča i uslijed toga može doći i do požara.

Primjena zaštitne naponske sklopke dolazi u obzir u onim postrojenjima gdje je naročito opasna pojava previsokog napona dodira,ili u mrežama gdje je provedeno nulovanje,a pojedini uređaji ne zadovoljavaju uvjete nulovanja.

Kod primjene zaštitne naponske sklopke u nulovanim mrežama, pomoćni uzemljivač naponskog svitka mora biti izveden kao posebni uzemljivač. Kao zaštitni vodič koristi se neutralni vodič. Takav spoj prikazan je na slici 42. Zaštitna naponska sklopka u nulovanim vodičima mora isključivati i neutralni vodič.I kod mreža sa zaštitnim uzemljenjem mogu se koristiti zaštitne naponske sklopke za štićenje pojedinih trošila kod kojih se ne mogu ispuniti svi uvjeti za uspješno izvođenje zaštitnog uzemljenja. Zaštitne naponske sklopke izvode se sa zaštitnom izolacijom. One moraju imati ugrađenu napravu za ispitivanje ispravnosti rada sklopke, kojom se u pravilu jednom mjesečno obavlja ispitivanje.

64

ZAŠTITNA STRUJNA SKLOPKA

U novije vrijeme se sve više primjenjuje spoj sa zaštitnom strujnom sklopkom kao zaštitna mjera protiv previsokih napona dodira. U usporedbi s naponskom zaštitnom sklopkom, strujna sklopka ima više prednosti, a to su : veoma velika osjetljivost, odsustvo poteškoća za smještaj pomoćnog uzemljivača i mogućnost selektivnog podešavanja zaštitnih strujnih sklopki u mreži. Zaštitna strujna sklopka isključuje defektno brojilo iz pogona čim se na njemu pojavi previsok dodirni napon. Zaštitna strujna sklopka isključuje defektno trošilo iz pogona čim se na njemu pojavi previsoki dodirni napon.Zaštitna strujna sklopka, kao što je vidljivo iz slike 43, sastoji se iz jednog transformatora s kružnom jezgrom kroz koju su provučeni vodiči za napajanje štićenog trošila i oni sačinjavaju primarni namot transformatora. Sekundarni namot transformatora namotan je na magnetsko jezgro i spojen sa svitkom za isključivanje sklopke. U normalnom pogonu jednofaznog trošila struja koja dolazi trošilu, jednaka je struji koja izlazi iz trošila. Magnetizirajuća djelovanja obadv iju struja su suprotna i u jezgri transformatora ne stvara se magnetski tok, sekundarni svitak je bez napona i kroz svitak relea za isključivanje ne protječe struja. Nastupi li proboj izolacije štićenog trošila poteći će struja greške kroz pomoćni uzemljivač u zemlju. Uslijed tog nastaje razlika struja u veličini koja dolazi i odlazi iz trošila. Diferencijalna struja stvara u jezgri transformatora magnetski tok koji inducira napon u sekundarnom svitku, a taj napon uzrokuje protjecanje sekundarne struje kroz sekundarni namot i svitak relea za isključivanje. Ukoliko je greška struje dovoljno velika u odnosu prema udešenju svitka doći će do isklapanja sklopke.

Kod trofaznih trošila princip rada ovog spoja je isti, samo što kroz jezgru transformatora prolaze sva tri fazna vodiča i nul-vodič. U normalnom pogonskom stanju suma svih struja je jednaka nuli pa nema diferencijalne struje ni prerade relea.

U slučaju kvara na trošilu pojavljuje se diferencijalna struja koja aktivira rele za isklapanje na isti način kao i kod jednofaznih trošila.

Danas se proizvode strujne zaštitne sklopke sa vanredno velikom osjetljivošću za isklapanje struje greške od 30mA. Normalno se sklopke proizvode za struje greške 0,1; 0,3; 0,5; i 1 A.

Otpor pomoćnog uzemljivača Rp0 određuje se, s obzirom na struju greške koju treba isklopi zaštitna sklopka, i s obzirom na dozvoljeni napon greške prema jednačini :

Rpo=UdIg

(oma )… ………………………………………… ..(49)

Pri čemu je I0 struja kod koje reagira rele za isklapanje. Tako npr. za rele sa isklopnom strujom 0.5 A i dozvoljenim dodirnim naponom 65V dobivamo otpor pomoćnog uzemljivača :

Rpo= 650,5

=130 oma .

Ovakve vrijednosti otpora uzemljivača postižu se relativno lagano sa jeftinim i jednostavnim uzemljivačima i to daje također izvjesnu prednost ovoj zaštitnoj mjeri.

65

Vrijeme isklapanje struje zaštitne sklopke je 0.1 sec. Ako u električnoj mreži primjenimo više strujnih zaštitnih sklopki potrebnu selektivnost iskapčanja postižemo stepenovanjem jačina struja iskapčanja i to tako da u smjeru prema transformatorskoj stanici ugrađujemo sklopke s većim strujama isklapanja. Električno trošilo ili dio električne instalacije koji je štićen strujnom zaštitnom sklopkom ne smije biti nulovan. Ako se u nulovanim mrežama pojedina trošila štite zaštitnom strujnom sklopkom onda treba sve zaštitne vodiče tih trošila odvojiti od nul-voda i uzemljiti kućišta preko posebnog uzemljivača. Upotreba strujnih zaštitnih sklopki u nulovanim mrežama dodvodi do primjene posebnog petog vodiča, koji ima svrhu zaštitnog vodiča.

Dozemni vodiči mogu biti goli ili izolirani. Presjek mehanički zaštićenih dozemnih vodiča mora biti najmanje 1.5 mm2 za bakrene, a 2.5mm2 za aluminijske vodiče. Mehanički nezaštićeni bakrenidozemni vodiči moraju imati presjek najmanje 4 mm2.

Strujne zaštitne sklopke moraju imati zaštitnu dodatnu izolaciju. Svaka strujna sklopka mora, također imati uređaj za provjeravanje ispravnosti djelovanja, a kontrolu treba obavljati u pravilu svakih mjesec dana.

Primjena vrlo osjetljivih strujnih zaštitnih sklopki pruža vanredno veliku sigurnost jer te sklopke onemogućavaju da struje teku kroz čovječije tijelo duže od 0.1 sec. Strujne zaštitne sklopke sa velikom osjetljivošću mogu u nekim slučajevima djelovati i kao efikasno zaštitno sredstvo kod slučajnog dodira dijelova pod naponom.

ZAŠTITNO UZEMLJENJE IZOLIRANIH SISTEMA

Poznato i pod nazivom s i s t e m z a š t i t n o g v o d a, primjenjuje se isključivo u mrežama sa izoliranim zvjezdištem u kojima ni jedna tačka mreže u normalnim pogonskim uslovima nije posredno niti neposredno uzemljena. Takav sistem može se prema tome primjeniti samo za samostalne potrošače(veće tvornice,rudnici) koji se napajaju iz vlastitog niskonaponskog generatora ili transformatora s odvojenim namotima.

Zaštitno uzemljenje izoliranih sistema, čiji princip spajanja prikazuje slika 44. sastoji se u slijedećem : svi metalni djelovi postrojenja koji bi uslijed kvara mogli doći pod napon, ili koji su pristupačni dodiru moraju biti neposredno spojeni na jedan sabirni zaštitni uzemljeni vod. Uz ovakvo uzemljenje obavezna je primjena posebne kontrolne naprave, tzv. m r e ž n o g k o n t r o l n i k a, koji trajno pokazuje izolaciono stanje mreže i signalizira smanjenje otpora izolacije vodiča kao i proboj izolacije vodiča.

66