Lekcja 5. Badanie bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych

Wstęp

W tej lekcji omówiono podstawowe zasady badania bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych. Badania takie wykonuje się w celu oceny, czy urządzenie może być bezpiecznie użytkowane oraz czy jego stan techniczny nie stwarza zagrożenia dla użytkownika.

Badanie bezpieczeństwa urządzenia elektrycznego obejmuje nie tylko wykonanie pomiarów elektrycznych. Ważne są również oględziny, rozpoznanie klasy ochronności urządzenia, dobór odpowiedniego programu pomiarowego, prawidłowe podłączenie badanego urządzenia do miernika oraz ocena wyników zgodnie z przyjętymi wymaganiami.

W praktyce badaniu mogą podlegać między innymi elektronarzędzia, przedłużacze, przewody zasilające, urządzenia warsztatowe, urządzenia biurowe, urządzenia grzewcze oraz wybrane urządzenia specjalistyczne, na przykład spawarki.

Rysunek 1. Przykład stanowiska do badania bezpieczeństwa użytkowania urządzenia elektrycznego z wykorzystaniem miernika bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych.

W tej lekcji szczególną uwagę zwrócono na oględziny, pomiar ciągłości przewodu ochronnego, pomiar rezystancji izolacji, pomiary prądów upływu, test funkcjonalny oraz sporządzanie dokumentacji z badania.

Cele lekcji

Osoba ucząca się:

• wyjaśnia, na czym polega badanie bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych,
• rozróżnia klasy ochronności urządzeń elektrycznych,
• wskazuje podstawowe etapy badania urządzenia elektrycznego,
• wykonuje oględziny zewnętrzne urządzenia,
• opisuje cel pomiaru ciągłości przewodu ochronnego,
• opisuje cel pomiaru rezystancji izolacji,
• wyjaśnia znaczenie pomiarów prądów upływu,
• rozróżnia prąd upływu przez przewód PE, prąd dotykowy, prąd różnicowy i prąd upływu zastępczego,
• wskazuje znaczenie testu funkcjonalnego,
• zapisuje wyniki badania w tabeli lub protokole,
• formułuje prosty wniosek dotyczący dopuszczenia urządzenia do dalszego użytkowania.

1. Czym jest badanie bezpieczeństwa urządzenia elektrycznego?

Badanie bezpieczeństwa urządzenia elektrycznego to zestaw czynności kontrolnych i pomiarowych, których celem jest ocena, czy urządzenie jest sprawne technicznie i bezpieczne dla użytkownika.

Badanie może obejmować:

• oględziny zewnętrzne,
• sprawdzenie oznaczeń i klasy ochronności,
• pomiar ciągłości przewodu ochronnego,
• pomiar rezystancji izolacji,
• pomiar prądu upływu,
• pomiar prądu dotykowego,
• pomiar różnicowego prądu upływu,
• pomiar mocy lub prądu podczas pracy,
• test funkcjonalny,
• sporządzenie protokołu, karty pomiarowej albo oznaczenie urządzenia etykietą kontrolną.

Zakres badania zależy od rodzaju urządzenia, klasy ochronności, sposobu zasilania, warunków użytkowania oraz przyjętej procedury. Inaczej bada się przedłużacz, inaczej elektronarzędzie klasy I, a jeszcze inaczej urządzenie klasy II albo urządzenie spawalnicze.

Badanie bezpieczeństwa nie powinno ograniczać się do samego odczytu wyniku z miernika. Wynik trzeba powiązać z rodzajem urządzenia, sposobem jego wykonania, stanem technicznym, wymaganiami producenta oraz przyjętymi kryteriami oceny.

2. Po co wykonuje się badania bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych?

Badania bezpieczeństwa wykonuje się po to, aby ograniczyć ryzyko porażenia prądem elektrycznym, pożaru, uszkodzenia urządzenia albo wypadku podczas pracy.

Badania mogą być wykonywane między innymi:

• przed dopuszczeniem urządzenia do użytkowania,
• okresowo, w czasie eksploatacji,
• po naprawie,
• po modernizacji,
• po uszkodzeniu mechanicznym,
• po zalaniu lub zawilgoceniu,
• po zdarzeniu, które mogło wpłynąć na bezpieczeństwo,
• przed wydaniem elektronarzędzia do pracy,
• w ramach kontroli stanowiska pracy,
• podczas ćwiczeń laboratoryjnych i szkoleniowych.

Wyniki badań pozwalają odpowiedzieć na pytania:

• czy obudowa, przewód zasilający i wtyczka są w dobrym stanie,
• czy przewód ochronny PE ma ciągłość,
• czy izolacja urządzenia ma odpowiednio dużą rezystancję,
• czy prądy upływu nie przekraczają przyjętych wartości granicznych,
• czy urządzenie pracuje prawidłowo podczas testu funkcjonalnego,
• czy urządzenie można dopuścić do dalszej eksploatacji.

Jeżeli wynik któregokolwiek wymaganego sprawdzenia jest negatywny, urządzenia nie należy dopuszczać do użytkowania. W takim przypadku należy przekazać je do naprawy, oznaczyć jako niesprawne albo wycofać z eksploatacji zgodnie z obowiązującą procedurą.

3. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych

Klasa ochronności określa sposób ochrony użytkownika przed porażeniem prądem elektrycznym. Rozpoznanie klasy ochronności jest ważne, ponieważ wpływa na zakres wykonywanych pomiarów.

Najczęściej spotyka się urządzenia klasy I, II i III.

Urządzenie klasy I ma izolację podstawową oraz części przewodzące dostępne połączone z przewodem ochronnym PE. Przykładem może być urządzenie z metalową obudową i wtyczką ze stykiem ochronnym. W takim urządzeniu szczególnie ważny jest pomiar ciągłości przewodu ochronnego.

Urządzenie klasy II ma izolację podwójną albo wzmocnioną. Nie wymaga przewodu ochronnego PE. Często jest oznaczone symbolem dwóch kwadratów, jednego wewnątrz drugiego. W takim urządzeniu nie wykonuje się pomiaru ciągłości przewodu ochronnego, ponieważ przewodu PE nie ma.

Urządzenie klasy III jest zasilane bardzo niskim napięciem bezpiecznym. W praktyce zakres badania takiego urządzenia zależy od jego budowy, zasilacza oraz instrukcji producenta.

Przed rozpoczęciem badania należy sprawdzić:

• tabliczkę znamionową,
• rodzaj wtyczki,
• obecność przewodu ochronnego,
• oznaczenie klasy ochronności,
• budowę obudowy,
• instrukcję producenta,
• rodzaj badanego urządzenia.

Błędne rozpoznanie klasy ochronności może doprowadzić do wyboru niewłaściwego programu pomiarowego i błędnej oceny urządzenia.

4. Miernik bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych

Miernik bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych jest przyrządem przeznaczonym do wykonywania pomiarów i prób wymaganych podczas sprawdzania urządzeń elektrycznych.

Rysunek 2. Przykład miernika bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych wykorzystywanego do badania elektronarzędzi, przedłużaczy i innych urządzeń zasilanych energią elektryczną.

Taki miernik może umożliwiać między innymi:

• pomiar rezystancji przewodu ochronnego,
• pomiar rezystancji izolacji,
• pomiar prądu upływu zastępczego,
• pomiar prądu upływu przez przewód PE,
• pomiar prądu dotykowego,
• pomiar różnicowego prądu upływu,
• pomiar mocy,
• test funkcjonalny,
• zapis wyników,
• współpracę z czytnikiem kodów kreskowych,
• wydruk etykiet kontrolnych.

Przed rozpoczęciem pracy z miernikiem należy:

• sprawdzić stan techniczny miernika,
• sprawdzić stan przewodów pomiarowych,
• sprawdzić stan gniazd pomiarowych,
• włączyć miernik zgodnie z instrukcją,
• wybrać właściwy program lub sekwencję pomiarową,
• ustawić parametry pomiaru odpowiednie do badanego urządzenia,
• upewnić się, że badane urządzenie jest podłączone zgodnie z instrukcją stanowiskową.

W ćwiczeniach laboratoryjnych ustawienia programu pomiarowego powinny być wykonywane zgodnie z instrukcją i pod nadzorem prowadzącego.

5. Oględziny urządzenia

Oględziny są pierwszym etapem badania bezpieczeństwa urządzenia elektrycznego. Polegają na wzrokowej ocenie stanu urządzenia, jego przewodu zasilającego, wtyczki, obudowy i elementów dostępnych dla użytkownika.

Oględziny należy wykonać przed pomiarami elektrycznymi. Jeżeli już na etapie oględzin stwierdzi się poważne uszkodzenie, dalsze pomiary mogą być niebezpieczne albo niecelowe.

Podczas oględzin należy sprawdzić między innymi:

• stan przewodu zasilającego,
• stan wtyczki,
• stan obudowy,
• stan osłon,
• stan uchwytów i elementów mechanicznych,
• stan izolacji widocznych przewodów,
• stan otworów wentylacyjnych,
• działanie wyłącznika,
• obecność tabliczki znamionowej,
• brak śladów przegrzania,
• brak pęknięć, nadpaleń i deformacji,
• brak luźnych elementów,
• kompletność urządzenia.

Przykłady nieprawidłowości widocznych podczas oględzin:

• pęknięta obudowa,
• uszkodzona izolacja przewodu,
• nadtopiona wtyczka,
• brak osłony,
• luźny wyłącznik,
• ślady zalania,
• zapach spalenizny,
• zabrudzone lub zatkane otwory wentylacyjne,
• nieczytelna tabliczka znamionowa.

Wynik oględzin powinien być zapisany w protokole. Można zastosować ocenę „pozytywny”, „negatywny” albo „wymaga dodatkowej kontroli”.

6. Pomiar ciągłości przewodu ochronnego

Pomiar ciągłości przewodu ochronnego wykonuje się w urządzeniach klasy I. Celem pomiaru jest sprawdzenie, czy części przewodzące dostępne urządzenia są prawidłowo połączone z przewodem ochronnym PE.

Pomiar wykonuje się zwykle między stykiem ochronnym wtyczki a dostępnymi metalowymi częściami obudowy lub innymi częściami przewodzącymi, które powinny być połączone z przewodem ochronnym.

Wynik pomiaru jest rezystancją połączenia ochronnego. Im mniejsza rezystancja, tym lepsza ciągłość połączenia ochronnego.

Podczas pomiaru należy zwrócić uwagę na:

• dobór właściwego programu pomiarowego,
• prawidłowe podłączenie sondy pomiarowej,
• dobry kontakt sondy z metalową częścią urządzenia,
• długość i przekrój przewodu zasilającego,
• stabilność wskazania,
• porównanie wyniku z wartością dopuszczalną przyjętą w procedurze.

Pomiar może być wykonywany prądem pomiarowym dobranym zgodnie z procedurą i możliwościami miernika. W praktyce spotyka się pomiary prądem rzędu kilku, kilkunastu lub kilkudziesięciu amperów, zależnie od rodzaju badania i zastosowanego przyrządu.

Przykładowy zapis wyniku:

Jeżeli wynik jest zbyt wysoki albo niestabilny, należy sprawdzić stan przewodu ochronnego, połączenia wewnętrzne, wtyczkę, zaciski oraz miejsce przyłożenia sondy.

7. Pomiar rezystancji izolacji

Pomiar rezystancji izolacji służy do oceny stanu izolacji między częściami czynnymi urządzenia a częściami dostępnymi lub obwodem ochronnym. Pomiar ten pozwala wykryć pogorszenie izolacji, zawilgocenie, zabrudzenie albo uszkodzenia wewnętrzne.

W urządzeniach klasy I pomiar może być wykonywany między zwartymi przewodami roboczymi L i N a przewodem ochronnym PE lub częściami przewodzącymi dostępnymi. W urządzeniach klasy II pomiar wykonuje się między częściami czynnymi a dostępnymi częściami przewodzącymi, jeżeli występują.

Przed pomiarem należy upewnić się, że:

• urządzenie jest odłączone od zasilania,
• badanie jest bezpieczne dla urządzenia,
• ustawiono właściwe napięcie pomiarowe,
• wyłącznik badanego urządzenia jest w położeniu umożliwiającym objęcie pomiarem właściwych części obwodu,
• urządzenie nie zawiera elementów, które mogłyby zostać uszkodzone przez napięcie pomiarowe,
• pomiar jest wykonywany zgodnie z instrukcją.

W praktyce stosuje się napięcia pomiarowe dobrane do rodzaju urządzenia i procedury badania. Dla wielu urządzeń spotyka się pomiar napięciem 500 V DC, natomiast w przypadku urządzeń zawierających elementy wrażliwe lub ograniczniki przepięć mogą być stosowane inne wartości, na przykład 250 V DC.

Przykładowy zapis wyniku:

Niska wartość rezystancji izolacji może wskazywać na uszkodzenie izolacji, wilgoć, zabrudzenie, uszkodzenie przewodu, nieprawidłowe połączenie albo obecność elementów elektronicznych wpływających na wynik.

8. Pomiary prądów upływu

Prąd upływu to prąd, który odpływa poza zamierzonym torem roboczym. Może płynąć przez izolację, elementy przeciwzakłóceniowe, przewód ochronny PE, obudowę albo ciało człowieka w przypadku uszkodzenia lub niewłaściwego użytkowania.

W badaniach bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych można spotkać różne rodzaje pomiarów prądu upływu.

Prąd upływu przez przewód PE
Prąd upływu przez przewód PE dotyczy urządzeń klasy I. Jest to prąd płynący przewodem ochronnym podczas pracy urządzenia. Pomiar ten wykonuje się przy zasilaniu urządzenia napięciem sieciowym, dlatego wymaga szczególnej ostrożności.

Prąd dotykowy
Prąd dotykowy jest prądem, który mógłby popłynąć przez osobę dotykającą dostępnej części urządzenia. Ma znaczenie szczególnie przy urządzeniach klasy II oraz przy dostępnych częściach przewodzących niepołączonych z PE.

Różnicowy prąd upływu
Różnicowy prąd upływu wyznacza się jako różnicę między prądem wpływającym do urządzenia a prądem powracającym z urządzenia. Jeżeli część prądu odpływa inną drogą, pojawia się prąd różnicowy.

Prąd upływu zastępczy
Prąd upływu zastępczy jest wyznaczany metodą zastępczą, zwykle przy niższym napięciu pomiarowym niż napięcie sieciowe. Pozwala ocenić stan izolacji i możliwy prąd upływu bez pełnego zasilania urządzenia w normalnych warunkach pracy.

Dobór rodzaju pomiaru zależy od klasy ochronności urządzenia, budowy urządzenia, programu miernika i przyjętej procedury.

Wyniki prądów upływu należy zawsze porównać z wymaganiami właściwymi dla badanego urządzenia. W ćwiczeniu dydaktycznym można stosować wartości graniczne podane w instrukcji stanowiskowej albo ustawione w programie miernika.

9. Test funkcjonalny

Test funkcjonalny polega na sprawdzeniu działania urządzenia podczas pracy. W zależności od rodzaju urządzenia może obejmować uruchomienie urządzenia, obserwację pracy, pomiar mocy, pomiar prądu albo sprawdzenie działania podstawowych funkcji.

Test funkcjonalny pozwala ocenić, czy urządzenie działa prawidłowo po wykonaniu pomiarów bezpieczeństwa. Sam pozytywny wynik pomiarów elektrycznych nie zawsze oznacza, że urządzenie jest sprawne użytkowo.

Podczas testu funkcjonalnego należy zwrócić uwagę na:

• prawidłowe uruchomienie urządzenia,
• działanie wyłącznika,
• nietypowe dźwięki,
• nadmierne drgania,
• iskrzenie,
• zapach przegrzania,
• pobór mocy lub prądu,
• nagrzewanie się obudowy,
• stabilność pracy,
• działanie zabezpieczeń i blokad.

Jeżeli podczas testu funkcjonalnego wystąpią niepokojące objawy, urządzenia nie należy dopuszczać do eksploatacji, nawet jeżeli część wcześniejszych pomiarów dała wynik pozytywny.

10. Przykład badania elektronarzędzia klasy I

Poniżej przedstawiono przykład dydaktyczny dotyczący badania elektronarzędzia klasy I.

Dane do przykładu

Przyjęto:

• badane urządzenie: wiertarka elektryczna,
• klasa ochronności: I,
• zasilanie: 230 V AC,
• przyrząd: miernik bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych,
• zakres sprawdzenia: oględziny, R_PE, R_ISO, prąd upływu, test funkcjonalny,
• wartości graniczne: według instrukcji stanowiskowej lub programu miernika.

Tabela wyników

Przykładowy wniosek

Na podstawie wykonanych oględzin, pomiaru ciągłości przewodu ochronnego, pomiaru rezystancji izolacji, pomiaru prądu upływu oraz testu funkcjonalnego stwierdzono, że badane urządzenie spełnia przyjęte kryteria oceny. W zakresie wykonanego badania urządzenie można dopuścić do dalszego użytkowania.

11. Przykład badania przedłużacza

Przedłużacz jest częstym przykładem urządzenia podlegającego sprawdzeniu. Badanie przedłużacza powinno obejmować oględziny, sprawdzenie przewodu, wtyczki i gniazd, a następnie pomiary elektryczne.

W przypadku przedłużacza należy sprawdzić między innymi:

• stan przewodu,
• stan wtyczki,
• stan gniazd,
• brak pęknięć i nadpaleń,
• ciągłość przewodu ochronnego PE,
• rezystancję izolacji,
• poprawność połączeń żył,
• polaryzację,
• działanie ewentualnego wyłącznika lub zabezpieczenia.

Przykładowa tabela sprawdzenia:

Przedłużacz z uszkodzoną izolacją przewodu, nadtopioną wtyczką, pękniętym gniazdem lub przerwanym przewodem ochronnym nie powinien być dopuszczony do użytkowania.

12. Badanie urządzeń specjalnych na przykładzie spawarki

Niektóre urządzenia wymagają rozszerzonego zakresu badań. Przykładem może być spawarka, dla której sprawdza się nie tylko typowe parametry bezpieczeństwa, ale również parametry związane z obwodem spawania.

W przypadku urządzeń spawalniczych można wykonywać między innymi:

• oględziny,
• pomiar rezystancji izolacji między obwodem zasilania a obwodem spawania,
• pomiar rezystancji izolacji między obwodem ochronnym a obwodem spawania,
• pomiar rezystancji izolacji między obwodem zasilania a obwodem ochronnym,
• pomiar napięcia wyjściowego w stanie bez obciążenia,
• pomiar prądu upływu obwodu pierwotnego,
• pomiar prądu upływu obwodu spawania,
• test funkcjonalny.

Badania urządzeń specjalnych powinny być wykonywane zgodnie z instrukcją producenta, właściwą procedurą i wymaganiami dla danego typu urządzenia. W ćwiczeniach dydaktycznych należy wykonywać tylko te czynności, które zostały przewidziane w instrukcji stanowiskowej.

13. Protokół i etykieta kontrolna

Po zakończeniu badania należy sporządzić dokumentację. Może to być protokół, karta pomiarowa albo zapis w pamięci miernika. W wielu systemach stosuje się również etykiety kontrolne naklejane na urządzenie po zakończeniu badania.

Protokół badania urządzenia powinien zawierać między innymi:

• nazwę badanego urządzenia,
• numer identyfikacyjny urządzenia,
• datę badania,
• osobę wykonującą badanie,
• nazwę zastosowanego miernika,
• klasę ochronności urządzenia,
• zakres wykonanych sprawdzeń,
• wyniki pomiarów,
• kryteria oceny,
• ocenę końcową,
• zalecenia,
• termin kolejnego badania, jeżeli został ustalony.

Przykładowy układ protokołu:

Etykieta kontrolna może zawierać numer urządzenia, datę badania, wynik badania, termin kolejnego sprawdzenia oraz identyfikację osoby lub jednostki wykonującej badanie.

14. Najczęstsze błędy podczas badania urządzeń elektrycznych

Podczas badania bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych można popełnić błędy, które wpływają na wiarygodność oceny albo stwarzają zagrożenie.

Do najczęstszych błędów należą:

• pominięcie oględzin,
• błędne rozpoznanie klasy ochronności,
• wybór niewłaściwego programu pomiarowego,
• nieprawidłowe podłączenie urządzenia do miernika,
• brak dobrego kontaktu sondy z badaną częścią metalową,
• wykonanie pomiaru rezystancji izolacji przy niewłaściwym ustawieniu wyłącznika urządzenia,
• nieuwzględnienie elementów elektronicznych w badanym urządzeniu,
• wykonanie pomiaru prądu upływu bez zachowania zasad bezpieczeństwa,
• brak porównania wyniku z kryterium oceny,
• wpisanie wyniku bez jednostki,
• dopuszczenie urządzenia mimo wyniku negatywnego,
• brak protokołu lub etykiety kontrolnej.

Wynik wątpliwy należy sprawdzić. Często pierwszym krokiem jest powtórzenie pomiaru, sprawdzenie połączeń, sprawdzenie programu miernika, ponowne wykonanie oględzin oraz porównanie wyniku z instrukcją stanowiskową.

15. Bezpieczeństwo podczas wykonywania badań

Badania urządzeń elektrycznych należy wykonywać zgodnie z instrukcją stanowiskową, instrukcją miernika i zasadami BHP. Niektóre pomiary są wykonywane napięciem pomiarowym, a niektóre wymagają zasilenia badanego urządzenia napięciem sieciowym.

Podczas badań należy:

• pracować pod nadzorem prowadzącego,
• sprawdzić stan stanowiska,
• nie dotykać części pod napięciem,
• nie zmieniać połączeń bez zgody prowadzącego,
• używać miernika zgodnie z instrukcją,
• dobierać właściwy program pomiarowy,
• podłączać urządzenie tylko w sposób przewidziany w instrukcji,
• nie uruchamiać uszkodzonego urządzenia,
• odłączyć urządzenie w przypadku nietypowych objawów,
• zachować porządek na stanowisku,
• po zakończeniu badania uporządkować przewody i wyposażenie.

Szczególną ostrożność należy zachować podczas pomiarów prądów upływu i testu funkcjonalnego, ponieważ badane urządzenie może być wtedy zasilane napięciem sieciowym.

Podsumowanie lekcji

W tej lekcji omówiono podstawowe zasady badania bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych. Wyjaśniono, że badanie obejmuje zarówno oględziny, jak i pomiary elektryczne oraz ocenę działania urządzenia.

Przedstawiono znaczenie klas ochronności urządzeń. Urządzenia klasy I wymagają sprawdzenia ciągłości przewodu ochronnego, natomiast urządzenia klasy II nie mają przewodu PE i są chronione przez izolację podwójną albo wzmocnioną.

Omówiono podstawowe pomiary wykonywane podczas badania urządzeń elektrycznych: pomiar ciągłości przewodu ochronnego, pomiar rezystancji izolacji, pomiary prądów upływu oraz test funkcjonalny. Podkreślono, że zakres badań zależy od rodzaju urządzenia i przyjętej procedury.

W części praktycznej pokazano przykładowe badanie elektronarzędzia klasy I oraz przedłużacza. Wskazano również, że urządzenia specjalne, takie jak spawarki, mogą wymagać rozszerzonego zakresu sprawdzeń.

Lekcja podkreśla, że urządzenie można dopuścić do użytkowania tylko wtedy, gdy oględziny, wymagane pomiary i test funkcjonalny dały wynik pozytywny. Wyniki badania powinny być zapisane w protokole, karcie pomiarowej albo pamięci miernika, a urządzenie może zostać oznaczone etykietą kontrolną.