Lekcja 6. Pomiary napięć rażeniowych i sprawdzenie działania wyłączników różnicowoprądowych

Wstęp

Ochrona przeciwporażeniowa jest jednym z podstawowych warunków bezpiecznego użytkowania instalacji elektrycznych. Jej zadaniem jest ograniczenie ryzyka porażenia prądem elektrycznym zarówno podczas normalnej pracy instalacji, jak i w przypadku uszkodzenia.

W tej lekcji skupimy się na dwóch zagadnieniach związanych z oceną bezpieczeństwa: napięciach rażeniowych oraz działaniu wyłączników różnicowoprądowych RCD. Pierwsze zagadnienie dotyczy różnic potencjałów, które mogą pojawić się w miejscach dostępnych dla człowieka. Drugie dotyczy aparatu ochronnego, który powinien wyłączyć zasilanie po pojawieniu się prądu różnicowego.

Pomiary i sprawdzenia omawiane w tej lekcji pomagają odpowiedzieć na dwa praktyczne pytania:

• czy w miejscu dostępnym dla człowieka mogą wystąpić niebezpieczne napięcia dotykowe lub krokowe,
• czy wyłącznik różnicowoprądowy prawidłowo reaguje na prąd różnicowy i wyłącza zasilanie w odpowiednim czasie.

W dalszej części lekcji omówiono podstawowe pojęcia ochrony przeciwporażeniowej, przykład obliczania prądu rażeniowego, sposób pomiaru napięć rażeniowych oraz przykładowe sprawdzenie działania wyłącznika RCD.

Cele lekcji

Osoba ucząca się:

• wyjaśnia, czym jest ochrona przeciwporażeniowa,
• rozróżnia ochronę podstawową, ochronę przy uszkodzeniu i ochronę dodatkową,
• wyjaśnia pojęcie napięcia rażeniowego,
• rozróżnia napięcie dotykowe i napięcie krokowe,
• wskazuje czynniki wpływające na wartość napięć rażeniowych,
• opisuje ogólną zasadę pomiaru napięcia dotykowego i napięcia krokowego,
• przelicza wynik pomiaru napięcia na warunki odpowiadające spodziewanemu prądowi uszkodzeniowemu,
• zapisuje wyniki pomiarów w tabeli,
• formułuje prosty wniosek techniczny na podstawie wyników pomiarów,
• wyjaśnia zasadę działania wyłącznika różnicowoprądowego,
• rozróżnia prąd różnicowy, znamionowy prąd różnicowy i prąd zadziałania,
• opisuje podstawowe etapy sprawdzenia działania RCD,
• interpretuje wyniki sprawdzenia RCD,
• zapisuje wyniki sprawdzenia RCD w protokole.

1. Ochrona przeciwporażeniowa i jej podstawowe środki

Ochrona przeciwporażeniowa obejmuje środki techniczne, które mają ograniczyć możliwość przepływu prądu przez ciało człowieka. W praktyce stosuje się różne środki ochrony, zależnie od tego, czy instalacja pracuje normalnie, czy wystąpiło uszkodzenie.

Wyróżnia się przede wszystkim:

• ochronę podstawową,
• ochronę przy uszkodzeniu,
• ochronę dodatkową.

Ochrona podstawowa ma zapobiegać dotknięciu części czynnych podczas normalnej pracy instalacji. Może być realizowana przez izolację, obudowy, osłony, przegrody albo umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki.

Ochrona przy uszkodzeniu ma ograniczyć skutki awarii, na przykład przebicia izolacji i pojawienia się napięcia na metalowej obudowie urządzenia. Może być realizowana między innymi przez samoczynne wyłączenie zasilania, przewód ochronny PE, połączenia wyrównawcze, separację elektryczną albo zastosowanie urządzeń II klasy ochronności.

Ochrona dodatkowa uzupełnia pozostałe środki ochrony. W instalacjach niskiego napięcia często jest realizowana za pomocą wyłączników różnicowoprądowych RCD, na przykład o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 30 mA.

W kontekście tej lekcji szczególne znaczenie mają dwa elementy ochrony przeciwporażeniowej:

• ograniczenie napięć, które mogą pojawić się w miejscach dostępnych dla człowieka,
• szybkie wyłączenie zasilania przez odpowiednio działające urządzenie ochronne.

Dlatego w kolejnych częściach lekcji omówiono najpierw napięcie dotykowe, napięcie krokowe i prąd rażeniowy, a następnie zasadę działania oraz sprawdzanie wyłączników różnicowoprądowych.

2. Napięcie rażeniowe, napięcie dotykowe i napięcie krokowe

Napięcie rażeniowe jest różnicą potencjałów, która może spowodować przepływ prądu przez ciało człowieka. W praktyce najczęściej analizuje się dwa przypadki:

• napięcie dotykowe,
• napięcie krokowe.

Napięcie dotykowe występuje wtedy, gdy człowiek dotyka części przewodzącej, na przykład konstrukcji słupa, obudowy urządzenia albo ogrodzenia, a jednocześnie stoi na podłożu o innym potencjale. Typowa droga przepływu prądu rażeniowego przebiega wtedy od ręki do stóp.

Napięcie krokowe występuje wtedy, gdy człowiek nie dotyka bezpośrednio obiektu, ale jego stopy znajdują się w dwóch punktach gruntu o różnych potencjałach. Typowa droga przepływu prądu rażeniowego przebiega wtedy od jednej nogi do drugiej. W pomiarach przyjmuje się zwykle odległość między punktami odpowiadającą długości kroku, czyli około 1 m.

Rysunek 1. Napięcie dotykowe i napięcie krokowe.

Wartość napięć rażeniowych zależy między innymi od:

• wartości prądu doziemnego,
• rezystywności gruntu,
• konstrukcji układu uziemiającego,
• stanu technicznego połączeń uziemiających,
• odległości od badanego obiektu,
• warunków środowiskowych,
• czasu trwania zakłócenia,
• rodzaju zabezpieczeń i sposobu wyłączenia zasilania.

Wartość dopuszczalna napięcia rażeniowego nie jest jedną stałą wartością dla wszystkich obiektów. Zależy między innymi od rodzaju instalacji, warunków środowiskowych, czasu trwania rażenia oraz przyjętych wymagań technicznych.

W materiałach dydaktycznych można jednak przyjąć uproszczone kryterium oceny, na przykład:

Oznacza to, że w przykładzie dydaktycznym wartość napięcia rażeniowego nie powinna przekraczać 25 V dla prądu przemiennego. W rzeczywistych pomiarach wartość dopuszczalna powinna wynikać z dokumentacji technicznej, przyjętej metodyki pomiarowej oraz odpowiednich wymagań dla danego obiektu.

3. Prąd rażeniowy i warunki przepływu prądu przez ciało człowieka

Prąd rażeniowy jest prądem, który może przepłynąć przez ciało człowieka w przypadku dotknięcia części znajdującej się pod napięciem albo części, na której napięcie pojawiło się wskutek uszkodzenia. Jego wartość zależy od napięcia rażeniowego oraz od całkowitej rezystancji drogi przepływu prądu.

Droga przepływu prądu może obejmować między innymi:

• ciało człowieka,
• obuwie,
• podłoże,
• elementy uziemiające,
• przewody ochronne,
• miejsce styku z częścią przewodzącą.

Z tego powodu ta sama awaria może powodować różne skutki w zależności od warunków kontaktu człowieka z podłożem i urządzeniem. Szczególnie niebezpieczne mogą być sytuacje, w których występuje uszkodzenie izolacji oraz przerwa w przewodzie ochronnym PE.

4. Przykład obliczeniowy: prąd rażeniowy przy przerwie w przewodzie PE

W sieci TN‑C-S przedstawionej na rysunku poniżej wystąpiło uszkodzenie izolacji urządzenia oraz powstała przerwa w przewodzie ochronnym PE. W takiej sytuacji metalowa obudowa urządzenia może znaleźć się pod napięciem. Jeżeli człowiek dotknie obudowy i jednocześnie będzie miał kontakt z podłożem, przez jego ciało może popłynąć prąd rażeniowy. Jak warunki kontaktu człowieka z podłożem mogą wpływać na wartość tego prądu?

Rysunek 2. Obwód prądu rażeniowego oraz schemat zastępczy tego obwodu.

Dane do przykładu
Przyjęto napięcie fazowe:

Przyjęto również następujące rezystancje elementów drogi przepływu prądu:

R_T - rezystancja źródła zasilania: 0,01 Ω,

R_L - rezystancja przewodu fazowego: 0,3 Ω,

R_C - rezystancja ciała człowieka: 1000 Ω,

R_B - rezystancja uziemienia punktu neutralnego: 2 Ω.

Rozważono dwa przypadki:

• człowiek 1 stoi na podłożu o bardzo dużej rezystancji przejścia do ziemi,
• człowiek 2 stoi na podłożu o małej rezystancji przejścia do ziemi.

Dla człowieka 1 przyjęto:

Dla człowieka 2 przyjęto:

gdzie:

R_ob - rezystancja obuwia [Ω],

R_St - rezystancja stanowiska lub podłoża [Ω].

Przypadek 1. Człowiek stojący na podłożu o dużej rezystancji

Zgodnie ze schematem zastępczym przedstawionym na rysunku 2 rezystancja zastępcza drogi przepływu prądu wynosi:

Po podstawieniu danych:

W przybliżeniu można przyjąć:

Prąd rażeniowy wynosi:

czyli:

Spadek napięcia na rezystancji ciała człowieka wynosi:

W tym przypadku prąd rażeniowy jest bardzo mały, ponieważ całkowita rezystancja drogi przepływu prądu jest bardzo duża. Decydujący wpływ ma tu duża rezystancja obuwia i podłoża.

Przypadek 2. Człowiek stojący na podłożu o małej rezystancji

Rezystancja zastępcza drogi przepływu prądu wynosi:

Po podstawieniu danych:

Prąd rażeniowy wynosi:

czyli:

Spadek napięcia na rezystancji ciała człowieka wynosi:

W tym przypadku prąd rażeniowy jest bardzo duży i może stanowić bezpośrednie zagrożenie życia. Wynika to z dużo mniejszej rezystancji drogi przepływu prądu, głównie przez mniejszą rezystancję obuwia i podłoża.

Porównanie wyników

Wniosek z przykładu

Przykład pokazuje, że ta sama awaria instalacji może mieć różne skutki w zależności od warunków kontaktu człowieka z podłożem. Duża rezystancja obuwia i stanowiska może ograniczyć wartość prądu rażeniowego, ale nie wolno traktować tego jako środka ochrony. W praktyce bezpieczeństwo użytkownika powinno wynikać z prawidłowo wykonanej ochrony przeciwporażeniowej, w tym z ciągłości przewodu ochronnego PE, połączeń wyrównawczych, skutecznego samoczynnego wyłączenia zasilania oraz zastosowania odpowiednich urządzeń ochronnych, na przykład wyłączników różnicowoprądowych.

5. Pomiar napięć rażeniowych

Pomiar napięć rażeniowych wykonuje się po to, aby ocenić, jakie różnice potencjałów mogą pojawić się w miejscach dostępnych dla człowieka w czasie uszkodzenia instalacji lub obiektu elektroenergetycznego. Szczególne znaczenie mają tutaj dwa przypadki: napięcie dotykowe oraz napięcie krokowe.

W praktyce pomiary takie mogą dotyczyć między innymi otoczenia słupów elektroenergetycznych, stacji transformatorowych, rozdzielni, ogrodzeń, konstrukcji wsporczych, instalacji odgromowych oraz innych elementów połączonych z układem uziemiającym.

Pomiar napięć rażeniowych polega na wyznaczeniu różnicy potencjałów pomiędzy punktami, z którymi człowiek może mieć kontakt. Wynik pomiaru powinien być następnie odniesiony do przyjętych kryteriów oceny bezpieczeństwa.

Cel pomiaru napięć rażeniowych

Celem pomiaru jest sprawdzenie, czy w miejscach dostępnych dla człowieka nie występują niebezpieczne wartości napięć, które mogłyby spowodować przepływ prądu rażeniowego przez ciało.

Pomiar napięć rażeniowych pozwala ocenić:

• czy układ uziemiający ogranicza różnice potencjałów w otoczeniu obiektu,
• czy w miejscach dostępnych dla człowieka mogą wystąpić niebezpieczne napięcia dotykowe,
• czy w pobliżu badanego obiektu mogą wystąpić niebezpieczne napięcia krokowe,
• czy przyjęte rozwiązania ochronne spełniają wymagania bezpieczeństwa,
• czy konieczne jest zastosowanie dodatkowych środków ochrony.

Należy pamiętać, że sama niska wartość rezystancji uziemienia nie zawsze oznacza pełne bezpieczeństwo. Istotne jest również to, jak rozkłada się potencjał w gruncie i jakie napięcia mogą pojawić się w miejscach dostępnych dla człowieka.

Pomiar napięcia dotykowego

Pomiar napięcia dotykowego polega na określeniu różnicy potencjałów między częścią przewodzącą, której może dotknąć człowiek, a miejscem, w którym mogą znajdować się jego stopy.

Przykładowo, w przypadku konstrukcji słupa elektroenergetycznego sprawdza się napięcie między konstrukcją słupa a punktem podłoża znajdującym się w pobliżu tej konstrukcji.

W uproszczeniu można przyjąć, że pomiar napięcia dotykowego dotyczy sytuacji:

• człowiek dotyka metalowej części obiektu,
• człowiek stoi na podłożu w pobliżu obiektu,
• między dotykaną częścią a miejscem ustawienia stóp występuje różnica potencjałów.

Typowy układ pomiarowy obejmuje:

• zacisk pomiarowy podłączony do badanej części przewodzącej,
• elektrodę lub elektrody odwzorowujące kontakt stóp z podłożem,
• miernik umożliwiający odczyt napięcia,
• przewody pomiarowe.

Punkt pomiarowy dla stóp przyjmuje się zwykle w miejscu, w którym człowiek mógłby realnie stać podczas dotknięcia badanego elementu. W wielu przykładach dydaktycznych przyjmuje się odległość około 1 m od badanej części przewodzącej, jednak w praktyce miejsce pomiaru powinno wynikać z układu obiektu i dokumentacji pomiarowej.

Pomiar napięcia krokowego

Pomiar napięcia krokowego polega na określeniu różnicy potencjałów między dwoma punktami podłoża oddalonymi od siebie o długość kroku.

W praktyce przyjmuje się zwykle odległość:

gdzie:

l - przyjęta długość kroku [m].

Napięcie krokowe może wystąpić nawet wtedy, gdy człowiek nie dotyka żadnego urządzenia ani konstrukcji. Wystarczy, że znajduje się w obszarze, w którym potencjał gruntu zmienia się na krótkiej odległości.

Pomiar napięcia krokowego wykonuje się więc między dwoma punktami podłoża, które odpowiadają położeniu stóp człowieka. Punkty te powinny być dobrane w miejscach, w których człowiek może się znajdować podczas wystąpienia zakłócenia.

Typowy układ pomiarowy obejmuje:

• dwie elektrody pomiarowe ustawione na podłożu,
• odległość między elektrodami odpowiadającą długości kroku, 
• miernik napięcia,
• przewody pomiarowe.

Przeliczenie wyniku pomiaru

W wielu przypadkach pomiar napięcia dotykowego lub krokowego wykonuje się przy prądzie pomiarowym mniejszym niż rzeczywisty spodziewany prąd uszkodzeniowy. Wynik pomiaru należy wtedy przeliczyć na warunki odpowiadające temu prądowi.

Jeżeli zależność jest traktowana liniowo, można zastosować zależność:

gdzie:

U - napięcie przeliczone do warunków uszkodzeniowych [V],

U_p - napięcie zmierzone podczas pomiaru [V],

I_u - spodziewany prąd uszkodzeniowy [A],

I_p - prąd pomiarowy [A].

Iloraz:

nazywa się współczynnikiem przeliczeniowym. Pozwala on przeliczyć napięcie zmierzone przy prądzie pomiarowym na napięcie odpowiadające przyjętemu prądowi uszkodzeniowemu.

Przykładowo, jeżeli:

oraz:

to:

Oznacza to, że napięcie zmierzone podczas pomiaru należy pomnożyć przez 12.

Ocena wyniku pomiaru

Wynik pomiaru napięcia dotykowego lub krokowego należy porównać z przyjętą wartością dopuszczalną. Wartość ta powinna wynikać z dokumentacji technicznej, rodzaju obiektu, warunków środowiskowych, czasu trwania zakłócenia oraz przyjętych wymagań technicznych.

W przykładach dydaktycznych można przyjąć uproszczone kryterium:

Warunek oceny można wtedy zapisać jako:

gdzie:

U - napięcie przeliczone do warunków uszkodzeniowych [V],

U_dop - przyjęta wartość dopuszczalna napięcia rażeniowego [V].

Jeżeli warunek jest spełniony, można przyjąć, że w analizowanym przykładzie napięcie rażeniowe nie przekracza przyjętej wartości dopuszczalnej. Jeżeli warunek nie jest spełniony, należy uznać, że wymagane jest przeanalizowanie przyczyn przekroczenia oraz zastosowanie odpowiednich działań poprawiających bezpieczeństwo.

Podczas pomiaru należy zwrócić uwagę na:

• poprawne rozpoznanie badanego obiektu,
• ustalenie miejsc dostępnych dla człowieka,
• prawidłowe rozmieszczenie elektrod pomiarowych,
• dobry kontakt elektrod z podłożem,
• właściwe podłączenie przewodów pomiarowych, 
• przyjęcie odpowiedniej odległości dla pomiaru napięcia dotykowego i krokowego,
• wartość prądu pomiarowego,
• sposób przeliczenia wyniku na spodziewany prąd uszkodzeniowy,
• warunki gruntowe i wilgotność podłoża,
• obecność metalowych elementów w gruncie,
• bezpieczeństwo osób wykonujących pomiar.

Szczególną ostrożność należy zachować przy pomiarach wykonywanych w terenie oraz w pobliżu czynnych urządzeń elektroenergetycznych. Przewody pomiarowe mogą być rozłożone na dużej odległości, dlatego trzeba zwracać uwagę na możliwość potknięcia, uszkodzenia przewodów oraz przypadkowego wejścia osób postronnych w obszar pomiarowy.

Wniosek praktyczny

Pomiar napięć rażeniowych uzupełnia ocenę ochrony przeciwporażeniowej. Pozwala sprawdzić nie tylko stan samego układu uziemiającego, ale przede wszystkim to, jakie napięcia mogą pojawić się w miejscach dostępnych dla człowieka.

Wynik pomiaru powinien być zawsze zapisany wraz z informacją o prądzie pomiarowym, spodziewanym prądzie uszkodzeniowym, sposobie przeliczenia, warunkach wykonania pomiaru oraz przyjętym kryterium oceny.

6. Przykład pomiaru napięć rażeniowych

Poniżej przedstawiono przykład dydaktyczny dotyczący pomiaru napięcia dotykowego i krokowego w otoczeniu słupa elektroenergetycznego. Dane liczbowe mają charakter przykładowy i służą do pokazania sposobu zapisu, przeliczenia oraz interpretacji wyników.

Dane do przykładu

Przyjęto:

• badany obiekt: słup elektroenergetyczny z układem uziemiającym,
• prąd pomiarowy: I_p = 10 A,
• spodziewany prąd uszkodzeniowy: I_u = 120 A,
• współczynnik przeliczeniowy: k = 12,
• kryterium dydaktyczne: U_dop = 25 V AC.

Współczynnik przeliczeniowy wynosi:

Tabela wyników pomiarów

gdzie:

U_p - napięcie zmierzone podczas pomiaru [V],

I_p - prąd pomiarowy [A],

I_u - spodziewany prąd uszkodzeniowy [A],

k - współczynnik przeliczeniowy [-],

U - napięcie przeliczone do warunków uszkodzeniowych [V],

U_dop - przyjęte kryterium dopuszczalne [V].

Przykład obliczenia

Dla pierwszego pomiaru napięcia dotykowego zmierzono:

Współczynnik przeliczeniowy wynosi:

Napięcie przeliczone wynosi:

Warunek oceny ma postać:

Po podstawieniu danych:

Warunek jest spełniony.

7. Przykład protokołu z pomiarów napięć rażeniowych

Poniżej przedstawiono przykładowy zapis danych w protokole. Dane mają charakter dydaktyczny i pokazują sposób dokumentowania pomiarów.

Interpretacja przykładowego protokołu

W analizowanym przykładzie największa wartość przeliczonego napięcia dotykowego wynosi 21,00 V, a największa wartość przeliczonego napięcia krokowego wynosi 13,20 V. Dla przyjętego kryterium dydaktycznego:

otrzymano:

oraz:

Oznacza to, że w przyjętym przykładzie warunek jest spełniony zarówno dla napięcia dotykowego, jak i dla napięcia krokowego.

Przykładowy wniosek z protokołu może mieć postać:

Na podstawie wykonanych pomiarów i przeliczenia wyników na spodziewany prąd uszkodzeniowy I_u = 120 A stwierdzono, że największe napięcie dotykowe wynosi 21,00 V, a największe napięcie krokowe wynosi 13,20 V. Dla przyjętego kryterium U_dop = 25 V AC warunek jest spełniony. W przyjętym przykładzie nie stwierdzono przekroczenia dopuszczalnych wartości napięć rażeniowych.

Należy pamiętać, że w rzeczywistych pomiarach kryterium oceny nie powinno być dobierane dowolnie. Powinno wynikać z dokumentacji technicznej, warunków środowiskowych, rodzaju obiektu, spodziewanego prądu uszkodzeniowego, czasu wyłączenia oraz obowiązujących wymagań technicznych.

8. Wyłącznik różnicowoprądowy jako środek ochrony dodatkowej

Wyłącznik różnicowoprądowy, oznaczany również skrótem RCD, jest aparatem ochronnym, którego zadaniem jest samoczynne wyłączenie zasilania po wykryciu prądu różnicowego. Prąd różnicowy pojawia się wtedy, gdy część prądu wypływającego z obwodu nie wraca przewodem neutralnym, lecz odpływa inną drogą, na przykład przez uszkodzoną izolację, obudowę urządzenia, przewód ochronny PE albo ciało człowieka.

Rysunek 3. Przykład wyłącznika różnicowoprądowego.

W uproszczeniu można powiedzieć, że wyłącznik różnicowoprądowy porównuje prąd wpływający do obwodu z prądem powracającym z obwodu. Jeżeli oba prądy są sobie równe, urządzenie nie powinno zadziałać. Jeżeli pojawi się różnica między tymi prądami i przekroczy ona określoną wartość, wyłącznik powinien odłączyć zasilanie.

W obwodzie jednofazowym można to przedstawić następująco:

gdzie:

I_Δ - prąd różnicowy [A],

I_L - prąd płynący przewodem fazowym [A],

I_N - prąd płynący przewodem neutralnym [A].

Jeżeli instalacja i odbiornik pracują prawidłowo, prąd wpływający przewodem fazowym powinien wracać przewodem neutralnym. Wtedy prąd różnicowy jest bardzo mały i wyłącznik różnicowoprądowy nie powinien zadziałać. Jeżeli część prądu odpływa poza normalnym torem prądowym, pojawia się prąd różnicowy. Po osiągnięciu wartości powodującej zadziałanie aparatu RCD powinien odłączyć zasilanie.

Rysunek 4. Zasada działania wyłącznika różnicowoprądowego.

Jednym z podstawowych parametrów RCD jest znamionowy prąd różnicowy, oznaczany symbolem:

W instalacjach niskiego napięcia często stosuje się wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym:

Są one powszechnie stosowane jako ochrona dodatkowa, między innymi w obwodach gniazd wtyczkowych i w pomieszczeniach o zwiększonym zagrożeniu porażeniowym. Należy jednak pamiętać, że wyłącznik różnicowoprądowy nie zastępuje ochrony podstawowej, przewodu ochronnego PE, połączeń wyrównawczych ani zabezpieczeń nadprądowych. Typ RCD powinien być dobrany do rodzaju odbiorników i możliwego kształtu prądu różnicowego.

Przykład działania RCD

Załóżmy, że w obwodzie jednofazowym prąd płynący przewodem fazowym wynosi:

a prąd powracający przewodem neutralnym wynosi:

Prąd różnicowy wynosi:

czyli:

Jeżeli w obwodzie zastosowano wyłącznik różnicowoprądowy o znamionowym prądzie różnicowym I_Δn = 30 mA, pojawienie się takiego prądu różnicowego powinno spowodować zadziałanie aparatu zgodnie z jego charakterystyką.

Wniosek praktyczny

Wyłącznik różnicowoprądowy jest bardzo ważnym elementem ochrony przeciwporażeniowej, szczególnie jako ochrona dodatkowa. Nie należy jednak traktować RCD jako jedynego środka ochrony. Skuteczność ochrony zależy od poprawnego wykonania całej instalacji: izolacji, przewodów ochronnych, połączeń wyrównawczych, uziemienia, zabezpieczeń nadprądowych oraz prawidłowo dobranych i sprawdzonych wyłączników różnicowoprądowych.

9. Sprawdzenie działania wyłącznika różnicowoprądowego

Sprawdzenie działania wyłącznika różnicowoprądowego wykonuje się po to, aby ocenić, czy aparat prawidłowo reaguje na prąd różnicowy. Samo zamontowanie RCD w rozdzielnicy nie oznacza jeszcze, że ochrona działa poprawnie. Należy sprawdzić, czy aparat jest właściwie podłączony, czy reaguje na prąd różnicowy oraz czy wyłącza zasilanie w odpowiednim czasie.

W praktyce sprawdzenie działania RCD obejmuje zwykle:

• sprawdzenie przyciskiem TEST,
• sprawdzenie, czy aparat nie zadziała przy zbyt małym prądzie różnicowym,
• sprawdzenie zadziałania przy prądzie równym znamionowemu prądowi różnicowemu,
• pomiar czasu wyłączenia,
• pomiar prądu zadziałania,
• zapisanie wyników w protokole.

Pomiar wykonuje się za pomocą miernika instalacji elektrycznych przystosowanego do badania wyłączników różnicowoprądowych. Miernik wymusza określony prąd różnicowy i sprawdza reakcję badanego aparatu. 

Podstawowe etapy sprawdzenia RCD Każdy wyłącznik różnicowoprądowy ma przycisk TEST, który służy do podstawowego sprawdzenia działania mechanizmu. Po jego naciśnięciu RCD powinien wyłączyć zasilanie. Próba ta nie zastępuje jednak pomiaru wykonanego miernikiem, ponieważ nie daje informacji o dokładnym prądzie zadziałania ani o czasie wyłączenia.

Dla przykładowego wyłącznika:

można wykonać następujące sprawdzenia:

• przy 0,5 · I_Δn, czyli 15 mA - RCD nie powinien zadziałać,
• przy I_Δn, czyli 30 mA - RCD powinien zadziałać, 
• przy 5 · I_Δn, czyli 150 mA - RCD powinien zadziałać szybko,
• pomiar prądu zadziałania I_Δa,
• pomiar czasu wyłączenia t.

Wartości 15 mA i 150 mA wynikają z prostych zależności:

Czas wyłączenia jest czasem od chwili pojawienia się prądu różnicowego do chwili odłączenia zasilania przez RCD. Wynik podaje się zwykle w milisekundach:

Prąd zadziałania jest wartością prądu różnicowego, przy której wyłącznik rzeczywiście wyłącza zasilanie:

W rzeczywistych pomiarach wartości dopuszczalne należy przyjmować zgodnie z dokumentacją techniczną, typem RCD, instrukcją miernika i przyjętą metodyką pomiarową.

Kolejność sprawdzenia RCD

W praktyce można przyjąć następującą kolejność postępowania:

1. Sprawdzić dane znamionowe wyłącznika różnicowoprądowego.
2. Sprawdzić typ aparatu, prąd znamionowy i znamionowy prąd różnicowy.
3. Sprawdzić, czy wyłącznik jest prawidłowo dobrany do obwodu.
4. Wykonać próbę przyciskiem TEST.
5. Podłączyć miernik instalacji zgodnie z instrukcją przyrządu.
6. Wykonać pomiar przy 0,5 · I_Δn.
7. Wykonać pomiar przy I_Δn.
8. W razie potrzeby wykonać pomiar przy 5 · I_Δn.
9. Wykonać pomiar prądu zadziałania.
10. Zapisać i zinterpretować wyniki.

Przykładowa tabela wyników pomiaru RCD

W tabeli przyjęto przykładowy wyłącznik różnicowoprądowy o znamionowym prądzie różnicowym:

Wyniki mają charakter dydaktyczny. W rzeczywistym protokole należy zapisać wyniki odczytane z miernika oraz porównać je z wymaganiami właściwymi dla badanego aparatu.

Interpretacja przykładowych wyników

W przedstawionym przykładzie wyłącznik różnicowoprądowy zadziałał po naciśnięciu przycisku TEST, nie zadziałał przy prądzie 0,5 · I_Δn, zadziałał przy prądzie I_Δn oraz 5 · I_Δn, a zmierzony prąd zadziałania wyniósł 23 mA.

Przykładowy wniosek można zapisać następująco: 

Na podstawie wykonanych sprawdzeń stwierdzono, że badany wyłącznik różnicowoprądowy o znamionowym prądzie różnicowym I_Δdeltan = 30 mA działa prawidłowo. Aparat nie zadziałał przy prądzie 0,5 · I_Δdeltan, zadziałał przy prądzie I_Δdeltan oraz 5 · I_Δdeltan, a zmierzone czasy wyłączenia mieszczą się w przyjętych wymaganiach dla badanego obwodu.

Najczęstsze nieprawidłowości podczas sprawdzania RCD

Podczas sprawdzania działania wyłącznika różnicowoprądowego można spotkać następujące nieprawidłowości:

• wyłącznik nie działa po naciśnięciu przycisku TEST, 
• wyłącznik nie zadziałał podczas pomiaru przy I_Δn,
• czas wyłączenia jest zbyt długi,
• aparat zadziałał już przy 0,5 · I_Δn,
• miernik sygnalizuje błędne podłączenie,
• w obwodzie występują dodatkowe prądy upływu,
• przewód neutralny jest połączony z przewodem ochronnym za wyłącznikiem różnicowoprądowym,
• obwody za różnymi RCD mają wspólny przewód neutralny,
• badany aparat jest niewłaściwie dobrany do rodzaju obciążenia.

W przypadku uzyskania wyniku negatywnego należy określić, który warunek nie został spełniony, a następnie sprawdzić możliwe przyczyny: stan aparatu, poprawność połączeń, układ przewodów neutralnych i ochronnych, obecność prądów upływu oraz zgodność doboru RCD z badanym obwodem.

10. Przykład protokołu sprawdzenia RCD

Po wykonaniu pomiarów wyniki sprawdzenia wyłącznika różnicowoprądowego należy zapisać w protokole. Protokół powinien zawierać dane badanego obwodu, typ zastosowanego aparatu, jego podstawowe parametry, wyniki sprawdzeń oraz jednoznaczną ocenę końcową.

Poniżej przedstawiono przykładowy uproszczony protokół sprawdzenia wyłącznika różnicowoprądowego. Dane mają charakter dydaktyczny.

Wyniki sprawdzenia można zapisać w tabeli:

gdzie:

I_Δn - znamionowy prąd różnicowy wyłącznika różnicowoprądowego [mA],

I_Δa - zmierzony prąd zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego [mA],

t - zmierzony czas wyłączenia [ms].

W przedstawionym przykładzie wyłącznik różnicowoprądowy spełnił wszystkie przyjęte kryteria sprawdzenia: zadziałał po naciśnięciu przycisku TEST, nie zadziałał przy 0,5 · I_Δn, zadziałał przy I_Δn oraz 5 · I_Δn, a zmierzony prąd zadziałania wyniósł 23 mA.

Przykładowy wniosek końcowy może mieć postać: 

Na podstawie wykonanych sprawdzeń stwierdzono, że badany wyłącznik różnicowoprądowy 2P, typ AC, o parametrach I_n = 40 A oraz I_Δdeltan = 30 mA działa prawidłowo. Aparat zadziałał po naciśnięciu przycisku TEST, nie zadziałał przy prądzie 0,5 · I_Δdeltan, zadziałał przy prądzie I_Δdeltan oraz 5 · I_Δdeltan, a zmierzone czasy wyłączenia wyniosły odpowiednio 38 ms i 18 ms. Zmierzony prąd zadziałania I_Δdeltaa = 23 mA mieści się w przyjętym zakresie oceny. Wynik sprawdzenia RCD: pozytywny.

W rzeczywistym protokole należy podać dokładne dane badanego aparatu, oznaczenie obwodu, typ wyłącznika różnicowoprądowego, nastawę miernika, kierunek i kąt rozpoczęcia pomiaru, jeżeli miernik umożliwia takie ustawienie, oraz wyniki odczytane bezpośrednio z przyrządu.

Jeżeli wynik sprawdzenia jest negatywny, w protokole należy wskazać, który warunek nie został spełniony, na przykład: RCD nie zadziałał po naciśnięciu przycisku TEST, zadziałał przy 0,5 · I_Δn, nie zadziałał przy I_Δn, czas wyłączenia był zbyt długi albo miernik wskazał błąd podłączenia.

11. Porównanie pomiarów napięć rażeniowych i sprawdzenia RCD

Pomiar napięć rażeniowych oraz sprawdzenie działania wyłącznika różnicowoprądowego dotyczą ochrony przeciwporażeniowej, ale odnoszą się do różnych aspektów bezpieczeństwa.

Pomiar napięć rażeniowych pozwala ocenić, jakie różnice potencjałów mogą pojawić się w miejscach dostępnych dla człowieka. Sprawdzenie RCD dotyczy natomiast aparatu ochronnego, który ma wyłączyć zasilanie po pojawieniu się prądu różnicowego.

Oba sprawdzenia uzupełniają się, ponieważ bezpieczeństwo użytkownika zależy zarówno od wartości napięć, które mogą pojawić się w miejscach dostępnych, jak i od działania urządzeń wyłączających zasilanie w przypadku uszkodzenia. Nie należy traktować tych sprawdzeń jako zamiennych. Prawidłowy wynik jednego badania nie oznacza automatycznie, że drugi warunek również jest spełniony.

Przykładowy zapis wniosku łącznego może mieć postać:

Na podstawie wykonanych pomiarów stwierdzono, że przeliczone wartości napięcia dotykowego i krokowego nie przekraczają przyjętego kryterium U_dop. Sprawdzenie wyłącznika różnicowoprądowego wykazało, że aparat nie zadziałał przy 0,5 · I_Δdeltan, zadziałał przy I_Δdeltan oraz 5 · I_Δdeltan, a zmierzone czasy wyłączenia mieszczą się w przyjętych wymaganiach. W zakresie wykonanych sprawdzeń ocenę ochrony przeciwporażeniowej można uznać za pozytywną.

Jeżeli jeden z wyników jest negatywny, wniosek powinien jasno wskazywać problem oraz zalecane działania sprawdzające.

Podsumowanie lekcji

W tej lekcji omówiono zagadnienia związane z ochroną przeciwporażeniową, pomiarami napięć rażeniowych oraz sprawdzeniem działania wyłączników różnicowoprądowych RCD.

Przypomniano pojęcia ochrony podstawowej, ochrony przy uszkodzeniu i ochrony dodatkowej. Wyjaśniono również znaczenie napięcia rażeniowego oraz rozróżniono napięcie dotykowe i napięcie krokowe. Pokazano, że wartości tych napięć zależą między innymi od układu uziemiającego, warunków gruntowych, prądu uszkodzeniowego oraz miejsca, w którym może znajdować się człowiek.

W części obliczeniowej przedstawiono przykład wyznaczania prądu rażeniowego przy przerwie w przewodzie ochronnym PE. Przykład pokazał, że skutki tej samej awarii mogą być różne w zależności od rezystancji ciała, obuwia, podłoża i całej drogi przepływu prądu.

Omówiono także ogólną zasadę pomiaru napięć rażeniowych. Zwrócono uwagę na rozmieszczenie elektrod, dobry kontakt z podłożem, wartość prądu pomiarowego oraz konieczność przeliczenia wyniku na spodziewany prąd uszkodzeniowy.

W drugiej części lekcji wyjaśniono zasadę działania wyłącznika różnicowoprądowego RCD oraz sposób sprawdzania jego działania. Omówiono próbę przyciskiem TEST, sprawdzenie przy prądach 0,5 · I_Δn, I_Δn i 5 · I_Δn, a także pomiar czasu wyłączenia i prądu zadziałania.

Lekcja pokazuje, że ocena ochrony przeciwporażeniowej wymaga analizy kilku elementów: wartości napięć rażeniowych, działania RCD, stanu przewodów ochronnych, połączeń wyrównawczych oraz zastosowanych zabezpieczeń. Dopiero ich łączna ocena pozwala sformułować poprawny wniosek dotyczący bezpieczeństwa użytkowania instalacji.