Protectia Impotriva Socurilor Electrice

Protecția împotriva șocurilor electrice

CUPRINS LUCRARE

DEFINIȚII

alimentarea normală cu energie electrică – alimentarea cu energie electrică dintr-o sursă de energie electrică (transformator, generator) prevăzută pentru a se asigura funcționarea receptoarelor electrice ale unui consumator, în regim normal.

aparataj – echipament electric destinat să fie conectat la un circuit electric pentru a asigura una sau mai multe din următoarele funcții: protecție, comandă, secționare, conexiune.

atingere directă – contactul direct al personelor sau al animalelor cu părți active atingere indirectă – contact electric al persoanelor sau al animalelor cu părțile conductoare accesibile puse sub tensiune ca urmare a unui defect

bornă principală de legare la pământ – bornă sau bară care face parte ditr-o instalație de legare la pământ a unei instalații și care asigură conectarea electrică a unui anumit număr de conductoare pentru scopuri de legare la pământ.

circuit electric – ansamblu de echipamente electrice al unei instalații electrice protejate împotriva supracurenților prin același dispozitiv de protecție.

conductor de legare la pământ – conductor care asigură o cale conductore sau o parte a unei căi cpnductoare, între un punct dat al unei rețele, al unei instalații sau al unui echipament și o priză de pământ sau o rețea de prize de pământ.

conductor neutru – conductor conectat electric la punctul neutru și care poate contribui la distribuția energiei electrice.

conductor PEN – conductor care asigură atât funcțiile de conductor de legare la pământ de protecție cât și de conductorul neutru.

conductor PEM – conductor care asigură atât funcțiile de conductor de legare la pământ de protecție cât și de conductor de punct median.

conductor PEL – conductor care asigură atât funcțiile de conductor de legare la pământ de protecție cât și de conductor de linie.

conductor de protecție – conductor prevăzut în scopuri de securitate, de exemplu protecția împotriva șocurilor electrice.

contact electric – stare a două sau mai multe părți conductoare care se ating accidental sau intenționat formând o cale conductoare unică și continuă.

curent admisibil – valoarea maximă a curentului electric care popate parcurge în permanență un conductor, un dispozitiv sau un aparat, fără ca temperatura sa în regim permanent, în condiții date, să fie superioară valorii specifice.

curent de atingere – curent electric care trece prin corpul uman sau al unui animal atunci când acesta este în atingere cu una sau mai multe părți accesibile ale unei instalații electrice sau cu echipamente electrice aflate sub tensiune.

curent în conductorul de protecție – curent electric care apare într-un conductor de protecție, cum sunt curentul de fugă sau curentul electric rezultat dintr-un defect de izolație.

curent de defect – curent care circulă într-un punct defect dat, ca urmare a unui defect de izolație.

curent diferențial rezidual – suma algebrică a valorilor curenților electrici în toate conductoarele active, la același timp, într-un punct dat al unui circuit electric, într-o instalație electrică.

curent de fugă – curent electric care, în condiții normale de funcționare, parcurge o cale electrică nedorită.

curent de scurtcircuit – curent electric într-un scurtcircuit determinat.

curent de suprasarcină – supracurent care se produce într-un circuit electric, care nu se datorează curentului de scurtcircuit sau unui defect de punere la pământ.

disjunctor – întreruptor automat.

dispozitiv de protecție împotriva supracurenților – dispozitiv destinat să întrerupă un circuit electric în cazul în care curentul în conductorul sau conductoarele circuitului eletric depășește o valoare predeterminată în timpul unei durate prevăzute.

echipament electric – echipament utilizat pentru producerea, transportul, transformarea sau utilizarea energiei electrice, cum sunt mașini, transformatoare, aparataj, aparate de măsurare, dispozitive de protecție, sisteme de pozare electrice, ehipament de utilizare curentă.

electrocutare – șoc electric mortal.

instalație electrică – ansamblu de echipamente electrice asociate care au caracteristicile coordonate pentru a îndeplini un scop dat.

instalație de legare la pământ – ansamblu de legături electrice și dispozitive care fac parte din legarea la pământ a unei rețele, a unei instalații sau a unui echipament.

întrerupere automată a alimentării – întrerupere automată a unei linii conductoare prin funcționarea automată a unui dispozitiv de protecție în caz de defect.

legare la pământ – realizarea unei legături electrice între un punct dat al unei rețele, al unei instalații electrice sau al unui echipament și un pământ local.

legare la pământ de protecție – acțiune de legare la pământ a unui punct sau a mai multor puncte dintr-o rețea, a unei instalații sau a unui echipament, în scopuri de securitate.

priză de pământ – parte conductoare care poate fi încorporatăîn pământ sau într-un mediu conductor specific, de exemplu beton sau cărbune, în contact cu Pământul.

priză de pământ de protecție – legare la pământ a unuia sau a mai multor puncte ale unei rețele, ale unei instalații sau ale unui echipament pentru scopuri de securitate.

protecție împotriva șocului electric – ansamblu de măuri care reduc riscul de șoc electric

punct neutru – punct comun al unei rețele polifazate conectată în stea sau la punctul median legat la pământ al unei rețele monofazate.

rețea de prize de pământ – parte a unei instalații de legare la pământ care cuprinde numai prizele de pământ și interconexiunile lor.

scurtcircuit – cale conductoare accidentală sau intenționată între două sau mai multe părți conductoare astfel încât diferența de potențial electric între aceste părți conductoare să fie zero sau aproximativ zero.

tablou de distribuție – ansamblu care cuprinde diferite tipuri de aparataj asociate cu unul sau mai multe circuite electrice de plecare, alimentate de unul su mai multe circuite de intrare, ca și borne pentru conductoarele neutre de protecție.

tensiune de atingere – tensiune între părți conductoare atinse simultan de o persoană sau de un animal.

tensiune nominală – valoare nominală a tensiunii prin care instalația electrică sau o parte a instalației electrice este numită și identificată.

INTRODUCERE

Importanța și actualitatea temei

Prin Integrarea României în Uniunea Europeană au fost impuse reglementări importante în domeniul protecției împotriva accidentelor electrice. Sistemul românesc de reglementări a cuprins standardele SR 8275, SR 2612, SR 7334, SR 12604 care nu aveau corespondențe și echivalențe directe în normele europene EN. În anul 2009 a fost abrogat standardul SR 2612 deoarece se afla în contradicție cu HD637S1 și măsurile consecutive în legislația conexă.

În funcție de scopul funcțional, rețelele electrice se clasifică după tensiunea nominală, configurație și regimul neutrului acestora.

Atât din punctul de vedere al exploatării raționale cât și din punctul de vedere al proiectării și construcției rețelelor electrice, se impun prin standard, valorile tensiunilor de lucru a rețelelor electrice. Astfel, ținând cont de dinamica puterilor necesare, s-a normalizat gama de tensiuni prin STAS 930/65 [1].

În tabelul următor sunt prezentate gamele tensiuni normalizate precum și numărul conductoarelor active plus existența fizică a conductorului de nul.

Ne este cunoscut faptul că sistemele electro-energetice nu au ajuns încă la nivelul de a putea fi considerate ca surse neîntreruptibile. Stadiul actual în acest domeniu este într-un proces continuu de studii, cercetări și implementări de soluții care să aducă la un nivel superior sistemele electro-energetice.

Printre numeroasele probleme ale rețelelor de joasă tensiune sub 1 kV, care sunt destinate consumatorilor de mică putere din instalațiile industriale sau casnici, pentru iluminat sau în distribuția comunală, menționăm:

structura rețelelor de joasă tensiune;

calitatea energiei electrice;

exigențele ale utilizatorilor alimentați la rețeaua de joasă tensiune;

calitatea factorului de putere;

protecția personalului și protecția echipamentelor expuse riscurilor specifice sistemelor electro-energetice.

Cu toate că fenomenele electrice referitoare la organismele vii au început să fie studiate de la începutul secolului XIX, cunoștințele privind pericolul curentului electric sunt incomplete și nici în prezent problema nu este pe deplin elucidată.

Trecerea curentului electric prin corpul uman este însoțită de fenomene al căror efecte se manifestă sub forme multiple și complexe. La trecerea unui curent mai mare de 30 mA, printr-o parte a corpului uman persoana în cauză este grav lezată dacă acest curent nu este întrerupt într-un timp foarte scurt.

Protecția persoanelor împotriva șocului electric în instalațiile de joasă tensiune trebuie realizată în conformitate cu standardele naționale în vigoare, regulamentele, normative, etc.

Printre cele mai relevante standardele CEI amintim: CEI 60364, seria CEI 60479, CEI 61008, CEI 61009, CEI 60947-2.

Printre zonele esențial afectate la trecerea curentului electric prin corpul uman menționăm:

musculatura;

funcțiile respiratorii și circulatorii.

Funcție de gradul de electrocutare, în urma acesteia uneori sunt prezente arsuri serioase. Standardul CEI 60479-1 din 1994 definește patru zone curent/durată, în interiorul cărora sunt descrise efectele patologice. Aceste grafic este prezentat în figura 1.1. [2], [3]

Curba C1 indică:

la un curent mai mare de 30 mA care strabate corpul uman dintr-o parte în cealaltă, persoana în cauză poate fi ucisă dacă acest curent nu este întrerupt într-un timp relativ scurt.

Punctul 500 ms/100 mA aproape de curba C1 corespunde cu o probabilitate de fibrilație de 0,14%.

Fig. 1.1. Zonele de evoluție timp – curent a efectelor trecerii curentului electric alternativ

de 50 Hz, limită de 30mA, prin corpul uman de la mâna stangă spre picioare

Efectele curentului electric pot fi:

termice, manifestate fie prin arsuri ale unor părți ale corpului, fie prin încălzirea excesivă a unor organe interne urmată de dereglarea lor funcțională;

electrochimice, constând în descompunerea lichidului organic, inclusiv a sângelui, și la alternarea compoziției sale;

biologice, constând în dereglarea proceselor electrice interne, caracteristice materiei vii, având drept rezultat contracția mușchilor parcurși în sens longitudinal de curentul electric cu o anumită pantă di / dt.

Acțiunea curentului electric poate fi privită sub două aspecte:

acțiune directă asupra țesuturilor pe care le parcurge;

acțiune reflectată, prin intermediul sistemului nervos central, care afectează și țesuturile neparcurse de curent electric.

În ceea ce privește alterarea funcțiilor vitale care are drept consecință moartea, întrucât experimentele au fost făcute pe animale și extrapolate la om, aproape în unanimitate sunt acceptate următoarele ipoteze:

organismul încetează din viață după câteva secunde;

moartea survine prin paralizarea respirației ca o consecință a lezării centrului respirator;

moartea survine prin compromiterea funcționării normale a inimii, ca urmare a perturbațiilor produse de trecerea curentului electric;

moartea survine prin afectarea sistemului nervos central, fie ca urmare a acțiunii directe, fie în mod reflex.

Sub acțiunea directă și reflectată a curentului electric, contracțiile și destinderile fibrelor mușchiului inimii se produc dezordonat si asincron, cu o frecvență de câteva sute de ori pe minut, față de funcționarea normală a inimii cu 70 de bătăi pe minut, ceea ce duce, practic, la încetarea acțiunii de pompare și, deci, a circulației sângelui.

Încetarea circulației sângelui are drept consecință moartea biologică după 3-5 minute a celulelor sensibile ale organismului. Fenomenul descris poartă denumirea de fibrilație și este practic echivalent cu încetarea funcționării inimii.

Curentul alternativ nu produce efecte electrolitice, în schimb efectele de stim
Fig. 1.1. Zonele de evoluție timp – curent a efectelor trecerii curentului electric alternativ

de 50 Hz, limită de 30mA, prin corpul uman de la mâna stangă spre picioare

Efectele curentului electric pot fi:

termice, manifestate fie prin arsuri ale unor părți ale corpului, fie prin încălzirea excesivă a unor organe interne urmată de dereglarea lor funcțională;

electrochimice, constând în descompunerea lichidului organic, inclusiv a sângelui, și la alternarea compoziției sale;

biologice, constând în dereglarea proceselor electrice interne, caracteristice materiei vii, având drept rezultat contracția mușchilor parcurși în sens longitudinal de curentul electric cu o anumită pantă di / dt.

Acțiunea curentului electric poate fi privită sub două aspecte:

acțiune directă asupra țesuturilor pe care le parcurge;

acțiune reflectată, prin intermediul sistemului nervos central, care afectează și țesuturile neparcurse de curent electric.

În ceea ce privește alterarea funcțiilor vitale care are drept consecință moartea, întrucât experimentele au fost făcute pe animale și extrapolate la om, aproape în unanimitate sunt acceptate următoarele ipoteze:

organismul încetează din viață după câteva secunde;

moartea survine prin paralizarea respirației ca o consecință a lezării centrului respirator;

moartea survine prin compromiterea funcționării normale a inimii, ca urmare a perturbațiilor produse de trecerea curentului electric;

moartea survine prin afectarea sistemului nervos central, fie ca urmare a acțiunii directe, fie în mod reflex.

Sub acțiunea directă și reflectată a curentului electric, contracțiile și destinderile fibrelor mușchiului inimii se produc dezordonat si asincron, cu o frecvență de câteva sute de ori pe minut, față de funcționarea normală a inimii cu 70 de bătăi pe minut, ceea ce duce, practic, la încetarea acțiunii de pompare și, deci, a circulației sângelui.

Încetarea circulației sângelui are drept consecință moartea biologică după 3-5 minute a celulelor sensibile ale organismului. Fenomenul descris poartă denumirea de fibrilație și este practic echivalent cu încetarea funcționării inimii.

Curentul alternativ nu produce efecte electrolitice, în schimb efectele de stimulare sunt mai accentuate decât în cazul curentului continuu. Curenții alternativi de joasă frecvență produc convulsii, senzații dureroase și contracții musculare. Curentul continuu nu produce convulsii musculare.

Curentul alternativ poate produce tulburări cardiace și respiratorii la tensiuni de 70 V, cel continuu la tensiuni de 120-220 V. Curentul alternativ cu frecvența de 50-100 Hz este cel mai periculos pentru organism. La trecerea unui curent alternativ cu frecvență mai mare de 10 kHz comportarea țesuturilor este cu totul alta decât a unuia de joasă frecvență.

La trecerea unui curent de frecvență de 15-300 MHz organismul se comportă ca un dielectric cu pierderi. Efectul principal este cel caloric exercitându-se, preferențial, asupra țesuturilor aflate în profunzime. Moartea prin șoc electric survine, în majoritatea cazurilor, în urma paraliziei respirației, în alte împrejurări din cauza paraliziei respirației simultan cu cea a inimii, iar în cazuri foarte rare numai în urma fibrilației inimii.

Scopul și obiectivele lucrării

Scopul proiectului:

Prezentarea stadiului actual în domeniul protecției împotriva șocurilor electrice.

Analiza a trei sisteme de protecție împotriva șocurilor electrice: sistemul TT, sistemul TN și sistemul IT.

Prezentarea câtorva dispozitive de curent rezidual precum și implementarea acestora.

Obiectivele proiectului:

Obiectivul principal al acestei lucrări constă în prezentarea soluțiilor pentru protecția împotriva șocurilor electrice.

Conținutul lucrării

Lucrarea este structurată în 7 capitole după cum urmează:

În Capitolul 1 intitulat “Introducere”, sunt prezentate:

Importanța și actualitatea temei propuse a fi prezentate;

Scopul și obiectivele lucrării realizate;

Rezumat al conținutului lucrării.

Capitolul 2 intitulat “Măsuri de protecție împotriva electrocutărilor (a șocului electric)”, prezintă sistemele de protecție împotriva contactului direct, indirect și împotriva șocurilor electrice, cu schemele aferente, uzuale.

Capitolul 3 intitulat “Sistemul TT”, pleacă de la prezentări generale ale acestui tip de sistem, prezintă principiul de funcționare, un exemplu de calcul precum și modalităti de implementare a sistemului.

Capitolul 4 intitulat “Sistemul TN”, pleacă de la prezentări generale ale acestui tip de sistem, prezintă principiul de funcționare, un exemplu de calcul precum și modalităti de implementare a sistemului.

Capitolul 5 intitulat “Sistemul IT”, prezintă principii de bază ale sistemului și modalități de implementare a acestuia..

Capitolul 6 intitulat “Dispozitive de curent rezidual”, prezintă principiile care stau la baza funcționării dispozitivului, recomandări pentru utilizarea dispozitivelor, recomandări referitoare la instalarea acestora precum și alegerea caracteristicilor conform standardelor în vigoare.

Lucrarea se încheie cu „Bibliografie”.

MĂSURI DE PROTECȚIE ÎMPOTRIVA ELECTROCUTĂRILOR (A ȘOCULUI ELECTRIC)

Regulile fundamentale ale protecției împotriva șocului electric sunt stabilite prin standardul CEI 61140 care acoperă atât instalațiile cât și echipamentele electrice.

Regulile se aplică în următoarele situații:

în condiții normale – corespunde protecției împotriva contactului direct cunoscută și sub denumirea de protecție de bază;

în condiții de defect unic – corespunde protecției împotriva contactului indirect cunoscută și sub denumirea de protecție la defect.

În figura 2.1 este prezentată situația contactului direct iar în figura 2.2 este prezentată situația contactului indirect.

Fig. 2.1. Contactul direct. Fig. 2.2. Contactul indirect.

Alimentarea cu tensiune redusă este una dintre măsurile cele mai importante împotriva electrocutării. Numită și protecția de bază, aceasta poate evita șocul electric în cazul atingerilor directe și indirecte. Pragurile de tensiune pentru care este asigurată protecția sunt:

tensiune alternativă mai mică de 50 V;

tensiune continuă mai mică de 120 V.

Rolul protecțiilor împotriva atingerilor:

asigurarea ca prin corpul persoanelor să nu treacă curenți reziduali sau curenți de scurgere mai mari de 30 mA.

În standardul CEI 60364 sunt adoptate trei principii de bază pentru asigurarea protecției la socurile electrice și anume [4]:

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

echipotențializarea elementelor ce pot fi atinse simultan;

asigurarea unei activități riguroase de mentenanță în scopul reducerii riscurilor de defecțiuni neprevăzute.

Protecție împotriva contactului direct

Există două măsuri principale care sunt utilizate de cel mai des împotriva pericolului contactului direct:

prevenirea accidentelor prin atingere directă a părților active ale instalației prin construcție și operare a instalațiilor:

utilizarea izolației – constă într-o izolare care este în conformitate cu standardele în vigoare. Un exemplu de izolație este prezentat în figura 2.3;

prin bariere și carcase – este frecvent utilizată – multe dintre componente și materiale sunt montate în carcase, panouri de comandă și tablouri de distribuție Un exemplu de izolație este prezentat în figura 2.4;

inaccesibilitate, etc.

Fig. 2.3. Protecție împotriva contactului direct prin izolarea

cablului trifazat printr-o manta exterioară.

Fig. 2.4. Protecție împotriva contactului direct

prin utilizarea carcaselor cu grad de protecție IP 2X sau IP XXB.

protecții suplimentare prin adoptarea unor soluții tehnice în cazul contactului direct:

lipsa mentenanței corespunzătoare;

imprudența sau/și neglijența;

uzura izolației;

contacte accidentale;

imersia în apă, caz în care izolația nu mai este suficientă.

Pentru a proteja utilizatorii în cazul protecției situațiilor periculoase apărute sunt utilizate dispozitive sensibile, cu declanșare rapidă bazată pe detecția curentului rezidual către pământ. Scopul acestora îl reprezintă deconectarea automată a sursei de alimentare, suficient de rapid pentru a împiedica electrocutarea. Un astfel de dispozitiv este prezentat în figura 2.5.

Fig. 2.5. Dispozitiv de declanșare rapidă, în mod automat.

Protecție împotriva contactului indirect

Părțile conductoare accesibile utilizate în fabricarea echipamentelor electrice sunt separate de părțile active ale echipamentului prin ceea ce se numește izolația de bază. Deteriorarea acestei izolații de bază va face ca și acest material potențial conductor să fie pus sub tensiune.

Atingerea unei părți a unui echipament electric care în mod normal nu este sub tensiune, dar care a ajuns sub tensiune datorită acestor deteriorări ale izolației definește contactul indirect.

Printre măsurile luate pentru protecția împotriva atingerilor accidentale, menționăm:

deconectarea automată a sursei de alimentare – depinde de două cerințe fundamentale și anume:

de modul de conectare la pământ a tuturor părților conductoare accesibile ale echipamentului electric și de modul de realizare a rețelei de împământare;

deconectarea automată a tensiunii de alimentare a secțiunii defecte a instalației trebuie să se facă în așa fel încât cerințele de siguranță ale raportului tensiune de atingere/durată să fie îndeplinite pentru orice valoare a tensiunii de atingere (figura 2.6).

măsuri speciale, cum ar fi:

utilizarea materialelor cu izolație clasă II sau izolație echivalentă ca nivel,

amplasarea echipamentelor în afara zonelor de accesibilitate,

realizarea legăturilor echipotențiale,

separarea galvanică prin utilizarea transformatoarelor de separație.

Protecția împotriva accidentelor prin atingere indirectă trebuie în mod obligatoriu să asigure respectarea valorilor limită admise pentru tensiunile accidentale din tabelele prezentate mai jos.

Limitarea energiei de descărcare este valabilă nu doar pentru cazul atingerilor indirecte ci și pentru atingerile directe.

Fig. 2.6. Tensiunea de atingere Uc.

Literele T1 si T2 ce apar în ambele tabele indică numărul sistemelor de protecție împotriva punerilor la pământ adoptate în rețea.

Protecția împotriva șocurilor. Scheme utilizate

În această lucrare, în contextul protecției împotriva șocurilor în instalațiile electrice, vor fi prezentate trei tipuri de scheme utilizate:

schema de tip TN;

schemă de tip TT;

schemă de tip IT.

Semnificațiile simbolurilor:

prima literă se referă la situația conductoarelor rețelei de alimentare în raport cu pământul:

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

I – izolarea tuturor părților active față de pământ uneori legarea la pământ a unui punct printr-o impedanță de valoare foarte mare;

a doua literă se referă la situația maselor instalației electrice în raport cu pământul:

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

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

alte litere se referă la dispunerea conductorului neutru (N) și a conductorului de protecție (PE) în schema TN:

C – conductor PEN, funcțiile conductorului neutru (N) și ale conductorului de protecție (PE) sunt îndeplinite de acelasi conductor (PEN);

S – funcțiile conductorului neutru (N) și ale conductorului de protecție (PE) sunt îndeplinite de conductoare separate.

SISTEMUL TN

Generalități

Pe plan internațional, activitatea de proiectare și executare a instalațiilor electrice are la bază prevederile standardului CEI 364 – “Instalații electrice în construcții”, elaborat de Comitetul Electrotehnic Internațional și adoptat ca standard național de către toate țările europene, membre ale acestui comitet.

În acest standard se face referire și la modul de legare la pământ a instalațiilor electrice, care indică situația neutrului rețelei de alimentare, respectiv a maselor (părților metalice) instalației electrice în raport cu pământul.

Tipul schemei de legare la pământ are un rol important în alegerea soluției de proiectare a instalației precum și a dispozitivelor de protecție împotriva atingerilor indirecte prin deconectare automată.

Deconectarea automată în cazul sistemelor TN se realizează prin dispozitive de protecție la supracurenți sau prin dispozitive de curent diferențial rezidual.

Principii de bază

În cazul sistemului TN, toate părțile metalice conductoare accesibile și cele exterioare ale instalației, sunt conectate direct la priza de pământ prin intermediul conductorului de protecție.

În aceste scheme un curent de defect între conductorul de fază și masă este un curent de scurtcircuit.

În toate sistemele TN orice defect de izolație reprezintă un curent de scurtcircuit între fază și neutru. Nivelul ridicat al acestor curenți de scurtcircuit permite utilizarea protecției la supracurent dar poate genera creșteri ale tensiunii de atingere la locul de defect, pe durata deconectării, de peste 50% din valoarea tensiunii de fază.

În practică, în rețelele de distribuție publică, în mod normal, prizele de pământ sunt realizate la intervale egale în lungul conductorului de protecție (PE) sau (PEN) al rețelei, în timp ce consumatorului i se cere adeseori să realizeze o priză de pământ la punctul de intrare în instalația de utilizare.

În instalațiile mari există adeseori prize de pământ dispuse în jurul locațiilor receptorilor, pentru a reduce tensiunea de atingere cât mai mult posibil. În cazul blocurilor de apartamente, toate părțile conductoare accesibile sunt conectate la conductorul de protecție la fiecare nivel.

În funcție de modul de legare a maselor și părților intermediare la punctul neutru schemele TN prezintă 3 variante:

Schema TN-S este prezentată în figura 3.1. Conductorul de protecție PE și cel neutru N sunt separate. În cazul cablurilor cu manta de plumb îngropate conductorul de protecție poate fi chiar mantaua cablului.

Fig. 3.1. Schema TN-S

Schema TN-C este prezentată în figura 3.2. În această schemă conductorul neutru are funcție și de conductor de protecție, fiind numit conductor PEN (PEN – Protective Earth and Neutral). Această schemă nu este permisă pentru conductoarele de cupru cu secțiuni mai mici de 10 mm2, pentru conductoare de aluminiu cu secțiuni mai mici de 16 mm2, pentru echipamente mobile și pentru cordoane flexibile.

Fig. 3.2. Schema TN-C

Fig. 3.3. Schema TN-C-S

Schema combinată TN-C-S este prezentată în figura 3.3. Funcțiile de conductor neutru și conductor de protecție sunt de asemenea combinate, dar numai pe o porțiune a schemei. În acest caz avem o combinație de schemă TN-C cu 4 conductoare și o schemă TN-S cu 5 conductoare, cu precizarea ca schema TN-C nu poate fi utilizată în aval de schema TN-S.

În cazul blocurilor de apartamente, toate părțile conductoare accesibile sunt conectate la conductorul de protecție la fiecare nivel. Pentru a asigura o protecție adecvată, curentul de punere la pământ trebuie să fie mai mare sau egal cu Ia.

unde:

Uo = tensiunea de fază (între fază și neutru);

Id = curentul de defect;

Ia = curentul egal cu valoarea impusă la care dispozitivul de protecție declanșează în timpul specificat;

Zs = impedanța buclei de defect egală cu suma impedanțelor sursei, a conductoarelor active până în punctul de defect și a conductorului de protecție de la punctul de defect până la sursă;

Zc = impedanța buclei circuitului de defect.

Exemplu calculat

Figura 3.2. – Schema TN-C

Tensiunea de atingere accidentală este:

Impedanța buclei de defect este:

Zs = ZAB + ZBC + ZDE + ZEN + ZNA

Dacă predominante sunt ZBC și ZDE, atunci:

deci:

Declanșatorul magnetic instantaneu al întreruptorului este reglat la o valoare de câteva ori mai mică decât această valoare a curentului de scurtcircuit. În aceste condiții declanșarea este asigurată în cel mai scurt timp posibil.

În anumite cazuri se pot relua calculele pornind de la premiza că există o cădere de tensiune de cca. 20

Timpul maxim de deconectare

Standardul CEI 60364-4-41 specifică timpii maximi de deconectare ai dispozitivelor de protecție utilizate în sistemul TN pentru protecția împotriva contactelor indirecte:

pentru circuitele terminale cu un curent nominal inferior lui 32A timpul maxim de deconectare nu va depăși valorile indicate în tabelul 3.1.

pentru celelalte circuite timpul maxim de deconectare este stabilit la 5s. Această limită permite obținerea selectivității între dispozitivele de protecție atunci când acestea sunt instalate pe circuite de distribuție.

Tabelul 3.1. Valorile timpului maxim de deconectare.

Utilizarea dispozitivelor de curent diferențial rezidual poate fi necesară în cazul sistemelor TN. Utilizarea RCD pentru sistemele TN-C-S înseamnă că, de fapt, conductorul de protecție este separat de conductorul neutru în amonte de RCD. Această separare se face uzual, la intrarea în tablou.

Implementarea sistemului TN

Încă din faza de proiectare trebuie luate în calcul lungimile maxime ale cablurilor în aval de întreruptoare sau fuzibile în timp ce la execuția instalațiilor electrice trebuie respectate în mod riguros, anumite reguli și condiții cum ar fi:

Conductorul de protecție PE trebuie conectat la priza de pământ.

Conductorul de protecție PE nu trebuie să treacă prin conducte fero-magnetice, tubulaturi, etc. sau să fie pozat pe suprafețe de oțel, întrucât anumite efecte inductive și/sau de vecinătate pot conduce la o creștere a impedanței efective a acestuia.

În cazul conductorului PEN (conductorul de nul de lucru este utilizat de asemenea și în calitate de nul de protecție), conexiunea trebuie făcută direct la borna de împământare a aparatului (figura 3.4) înainte de a fi conectat și la borna de neutru a acestuia.

Pentru conductoarele de cupru < 6 mm2 și de aluminiu < 10 mm2 sau acolo unde cablul este mobil, nulurile de lucru și de protecție trebuie separate (în acest caz trebuie adoptat sistemul TN-S).

Defectele de punere la pământ trebuie eliminate de către dispozitivele de protecție la supracurenți, de exemplu: întreruptoare sau fuzibile.

Fig. 3.4. Implementarea sistemului TN de tratare a neutrului.

Protecția împotriva contactelor indirecte. Metode de determinare a curenților de scurtcircuit

În sistemele TN un scurtcircuit la pământ determină, de obicei, un curent suficient de mare pentru ca dispozitivul de protecție la supracurenți să declanșeze. Impedanțele sursei și ale rețelei din amonte sunt mult mai mici decât cele ale circuitelor din instalație, astfel încât orice limitare a curentului de punere la pământ va fi determinată de conductoarele din instalație (conductoarele lungi și flexibile măresc în mare proporție impedanța buclei de defect, ceea ce determină o reducere a curentului de scurtcircuit).

Cele mai recente recomandări ale CEI pentru protecția împotriva contactelor indirecte în sistemele TN se referă la timpii maximi de declanșare admiși în raport cu tensiunea nominală a sistemului (figura 3.2).

Pentru a se asigura o funcționare optimă a dispozitivelor de protecție la supracurenți în ultimul caz, valoarea prezumată a curentului de scurtcircuit cu punere la pământ trebuie calculată cu o precizie rezonabilă încă din faza de proiectare.

O analiză riguroasă necesită utilizarea tehnicilor de descompunere în componente simetrice, pe rând, pentru fiecare circuit. Principiul este simplu dar cantitatea de calcule este greu de justificat, în special pentru impedanțele homopolare care sunt extrem de greu de determinat cu o precizie acceptabilă, în instalațiile de joasă tensiune.

Trei metode de calcul sunt utilizate în mod uzual:

metoda impedanțelor, bazată pe suma trigonometrică a sistemului de rezistențe și reactanțe inductive;

metoda de compunere;

metoda convențională bazată pe o valoare prezumată a căderii de tensiune și pe utilizarea de tabele

Aceste metode pot fi utilizate în cazul în care cablurile care alcătuiesc bucla de defect sunt alăturate și nu sunt separate prin materiale fero-magnetice.

Fig. 3.5. Calculul Lmax în sistemul TN utilizând metoda convențională.

SISTEMUL TT

Principii de bază

În cazul acestui sistem, toate părțile conductoare accesibile și cele conductoare externe ale instalației trebuie să fie conectate la aceeași priză de pământ. Punctul neutru al sursei de alimentare este în mod normal conectat la pământ printr-o priză de pământ separată, în afara zonei de influență a prizei de pământ a instalației, dar acest lucru nu este o necesitate. Impedanța buclei de defect constă în principal, din impedanțele celor două prize de pământ (a sursei și a instalației) conectate în serie, de aceea valoarea curentului de defect la pământ este, în general, prea mică pentru ca releele de supracurent sau fuzibilele să declanșeze, prin urmare utilizarea unui dispozitiv de curent diferențial rezidual este esențială.

Fig. 4.1. Deconectarea automată a alimentării în cazul sistemelor TT.

Acest principiu de protecție este de asemenea valabil în cazul unei singure prize de pământ, respectiv în cazul consumatorului tip post de transformare într-o instalație unde spațiul limitat poate impune adoptarea sistemului de tratare TN, dar unde nu toate celelalte condiții impuse de sistemul TN pot fi respectate.

Exemplu calculat

Figura 4.1.

rezistența prizei de pământ a unei surse cu neutrul legat la pământ Rn este 10 Ω;

rezistența prizei de pământ a instalației este RA = 20 Ω;

curentul prin bucla de punere la pământ: Id = 7,7 A;

tensiunea de atingere Uf = Id x RA = 154 V

IΔn = 50/20 = 2,5 A.

Un dispozitiv RCD standard de 300 mA va declanșa în cca. 30 ms (conform tabelului 4.1) fără nici o temporizare și va întrerupe circuitul defect, acolo unde tensiunea de atingere apare la nivelul părților conductoare accesibile.

Tabelul 4.1. Timpul maxim de deconectare pentru

circuitele de c.a. mai mici de 32 A.

Timpul maxim de deconectare

Timpul de deconectare al RCD este, în general, mai mic decât cel cerut în majoritatea standardelor naționale; această caracteristică ușurează utilizarea și permite realizarea unor protecții efectiv selective.

Standardul CEI 60364-4-41 specifică timpii maximi de deconectare ai dispozitivelor de protecție utilizate în sistemul TT împotriva contactelor indirecte:

pentru circuitele terminale cu un curent nominal inferior lui 32 A timpul maxim de deconectare nu va depăși valorile indicate în tabelul 4.1;

pentru celelalte circuite, timpul maxim de deconectare este stabilit la 1s. Această limită permite obținerea selectivității între dispozitivele RCD atunci când acestea sunt instalate pe circuite de distribuție. RCD este termenul general utilizat pentru dispozitivele care acționează pe principiul curentului diferențial rezidual. RCCB (Residual Current Circuit Breaker – întreruptor automat de curent rezidual) așa cum este definit în seriile de standarde CEI 61008 este o clasă specifică de RCD.

Tipul G (general) și tipul S (selectiv), conform CEI 61008 au caracteristicile de declanșare timp/curent așa cum este indicat în tabelul 4.2. Aceste caracteristici indică un anumit grad de selectivitate a declanșărilor între diferite combinații de tipuri și calibre.

În conformitate cu CEI 60947-2, RCD de tip industrial are mult mai multe posibilități de selectivitate datorită flexibilității în ceea ce privește temporizarea.

Tabelul 4.1. Timpul maxim de declanșare RCD (în secunde).

Implementarea sistemului TT

Protecția împotriva contactelor indirecte. Cazul general

Protecția împotriva contactelor indirecte este asigurată prin utilizarea dispozitivelor de curent diferențial rezidual – RCD, ale căror praguri de sensibilitate IΔn îndeplinesc condiția:

Alegerea pragului de sensibilitate a dispozitivelor de curent diferențial rezidual se face în funcție de rezistența RA a prizei de pământ a instalației și este dată în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2. Valorile limită superioare pentru rezistențele

prizei de pământ

În cazul circuitelor de distribuție:

Fig. 4.2. Circuite de distribuție.

Standardul CEI 60364-4-41 ș anumite standarde naționale admit un timp maxim de declanșare de 1 sec. în cazul circuitelor de distribuție (spre deosebire de circuitele de distribuție finală). Aceasta permite obținerea unui anumit grad de selectivitate:

la nivelul A: temporizare la declanșare a dispozitivului de curent diferențial rezidual, ex.: tipul “S”;

la nivelul B: declanșare instantanee a dispozitivului de curent diferențial rezidual.

Fig. 4.3. Prize de pământ separate.

Cazul în care părțile active accesibile ale aparatelor sau grupurilor de aparate sunt conectate la prize de pământ independente conform figurii 4.3, protecția împotriva contactelor indirecte este realizată cu ajutorul dispozitivului de curent diferențial rezidual amplasat la nivelul întreruptorului care protejează fiecare aparat sau grup de aparate conectate la prize de pământ separate.

Sensibilitatea fiecărui astfel de dispozitiv trebuie să fie compatibilă cu rezistența de dispersie a prizei de pământ la care este conectat aparatul respectiv.

SISTEMUL IT

În aceste scheme părțile active sunt izolate sau legate la pământ prin intermediul unei impedanțe de valoare importantă, masele și părțile intermediare fiind legate la pământ.

Un curent rezultat dintr-un prim defect fază – masă are valori suficient de mici, încât nu poate provoca o tensiune de atingere periculoasă.

Fig. 5.1. Schema IT cu neutrul izolat și nedistribuit.

În realitate, rețelele electrice nu sunt perfecte, între fiecare conductor de fază și pământ existând o rezistență de izolație legată în paralel cu o capacitate.

Fig.5.2. Schema IT cu neutrul distribuit, legat la pământ printr-o impedanță de scurgere.

Rezistențele și capacitățile uniform distribuite în lungul rețelei alcătuiesc împreună impedanța normală de scurgere la pământ, ce poate fi plasată în punctul neutru, rezultând în acest mod o schemă cu neutrul legat la pământ printr-o impedanță.

Schemele IT pot fi fără neutru distribuit (figura 5.2) sau cu neutrul distribuit pentru alimentarea receptoarelor monofazate.

Alegerea schemelor de legare la pământ se face în funcție de caracteristicile lor, ținând cont că o instalație electrică trebuie să satisfacă următoarele condiții:

protecție împotriva șocurilor electrice;

continuitate în alimentarea cu energie electrică;

protecție la focul de origine electrică;

protecție împotriva supratensiunilor;

protecție împotriva perturbațiilor electromagnetice.

Implementarea sistemului IT

Caracteristica principală a sistemului IT este aceea că în eventualitatea unui defect de punere la pământ, sistemul poate continua să funcționeze. Acest defect se va numi “primul defect”.

În acest sistem, toate părțile conductoare accesibile ale instalației sunt conectate printr-un conductor de protecție PE la priza de pământ a instalației în timp ce punctul neutru al transformatorului poate fi:

izolat față de pământ;

conectat la pământ printr-o impedanță de valoare foarte mare (în mod normal 1000 Ω sau mai mult).

Aceasta înseamnă că valoarea curentului în cazul unui defect de punere la pământ va fi de ordinul miliamperilor, ceea ce nu determină efecte negative în punctul de defect și nici nu generează tensiuni de atingere periculoase sau pericol de incediu.

Sistemul poate permite, prin urmare, funcționarea normală în continuare până când este posibilă intervenția în scop de remediere. Prin urmare, acest sistem permite o bună continuitate a serviciilor.

În practică, acest sistem impune anumite măsuri specifice pentru o exploatare satisfăcătoare:

controlul permanent al izolației în raport cu pământul, ceea ce înseamnă semnalizarea (audio sau vizuală) a producerii primului defect;

utilizarea unui dispozitiv de limitare a tensiunii pe care punctul neutru al transformatorului o poate atinge în raport cu pământul;

existența unui personal calificat în scopul localizării primului defect. Localizarea primului defect este relativ ușor de realizat cu ajutorul unor dispozitive speciale care sunt disponibile în mod curent;

montarea unor întreruptoare automate adecvate care să declanșeze în eventualitatea unui al “doilea defect” care s-ar produce înainte de îndepărtarea primului. Al doilea defect (prin definiție) este un defect de punere la pământ care apare pe un alt conductor activ decât în cazul primului defect, sau pe conductorul neutru. Al doilea defect determină un curent de scurtcircuit prin pământ și/sau prin legătura conductoarelor (PE) de protecție.

Funcțiile esențiale în sistemele IT sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Fig.5.3. Pozițiile funcților esențiale în sistemul trifazat cu trei conductoare IT.

Protecția împotriva contactelor indirecte.

Condițiile primului defect

Curentul de punere la pământ care circulă în cazul primului defect este de ordinul de mărime al miliamperilor.

Tensiunea de defect față de pământ este produsul dintre valoarea acestui curent și rezistența prizei de pământ a instalației împreună cu cea a conductorului de protecție PE (măsurat din locul de defect și până la priza de pământ). Această valoare a tensiunii este, în mod evident, nepericuloasă și poate ajunge în cel mai rău caz, la câțiva volți (ex: printr-o rezistență de 1000 Ω poate trece un curent de 230 mA (1) iar o priză de pământ de slabă calitate, având 50 Ω, poate ajunge la o tensiune de 11,5 V). Obligatoriu, însă, dispozitivul pentru controlul permanent a izolației va semnaliza apariția acestui prim defect în instalație.

Principiul monitorizării primului defect

De la un generator de curent de foarte joasă frecvență sau de curent continuu (pentru a reduce efectele capacității cablului până la niveluri neglijabile), se aplică o tensiune între punctul neutru al transformatorului și pământ. Această tensiune determină un curent de valoare mică în conformitate cu valoarea rezistenței de izolație a întregii instalații în raport cu pământul, care circulă în întreaga instalație, inclusiv prin oricare aparat conectat.

Instrumente de joasă frecvență pot fi utilizate în sistemele de curent alternativ care generează componente tranzitorii de curent continuu în condiții de defect. Anumite variante pot deosebi componentele rezistive de cele capacitive ale curentului de punere la pământ.

Dezvoltări moderne permit urmărirea evoluției defectelor de izolație, prin măsurarea valorilor curenților de punere la pământ care apar în scopul prevenirii apariției primului defect.

Exemple de echipamente

Localizarea manuală a defectelor prezentat în figura 5.4.

Generatorul poate fi de construcție fixă (XM 100) sau portabil (GR10X, care permite verificarea circuitelor scoase de sub tensiune), iar receptorul împreună cu senzorul magnetic tip clește, sunt portabile.

Fig.5.4. Localizarea manuală a defectelor.

localizarea automată a defectelor prezentat în figura 5.5.

Releul de monitorizare XM100 împreună cu detectoarele fixe XD1 sau XD12 (fiecare conectat la câte un transformator de curent toroidal amplasat pe circuitul respectiv) realizează un sistem automat de localizare a defectelor într-o instalație aflată sub tensiune. Rezistența de izolație este indicată pentru fiecare circuit monitorizat, fiind verificate două nivele:

primul nivel avertizează asupra valorii neobișnuite a rezistenței de izolație, astfel încât să poată fi luate măsuri preventive;

al doilea nivel indică condițiile de defect și îl semnalizează.

Fig.5.5. Localizarea automată a defectelor.

Monitorizarea automată înregistrarea datelor și localizarea defectelor prezentate în figura 5.6. Sistemul Vigilohm permite în plus, accesul la o imprimantă și/sau la un calculator care furnizează astfel, o imagine generală asupra nivelului rezistenței de izolație a întregii instalații și înregistrează evoluția cronologică la nivelul fiecărui circuit. Monitorul central XM100 împreună cu detectoarele de localizare XD08 și XD16 asociate transformatoarelor de curent toroidale de pe circuitele respective, reprezintă în fapt, mijloacele de realizare a acestui mod automat de control a izolației și de înregistrare a datelor.

Fig. 5.6. Localizarea automată a defectelor și înregistrarea valorilor reziztenței de izolației.

Utilizarea dispozitivelor de control și monitorizare permanentă a izolației (CPI )

Conectare – CPI este conectat în mod normal între punctul neutru al transformatorului și priza sa de pământ.

Alimentarea – ar trebui să fie realizată de la o sursă foarte sigură. În practică, aceasta este chiar instalația care urmează a fi monitorizată, prin intermediul dispozitivelor de protecție la supracurenți având praguri adecvate de protecție.

Nivele de reglare – anumite standarde naționale recomandă un prim prag de reglare la 20% sub valoarea rezistenței de izolație a unei instalații noi. Această valoare permite observarea deteriorării izolației, necesitând măsuri preventive de întreținere în cazul unui început de defect.

Cazul celui de-al doilea defect

Un al doilea defect de punere la pământ în sistemul IT (dacă nu se produce pe aceeași fază ca și primul defect), constituie un defect fază – fază sau fază – neutru și indiferent dacă, are loc pe același circuit cu primul defect, sau pe un circuit diferit, dispozitivele de protecție la supracurent (fuzibile sau întreruptoare) vor funcționa în mod normal, pentru îndepărtarea sa.

Parametri de bază care stabilesc lungimile maxime ale circuitelor care pot fi protejate în mod satisfăcător, sunt:

Reglajul releelor de protecție la supracurenți;

Calibrul fuzibilelor.

În mod normal, calea curentului de defect cuprinde conductoarele comune de protecție PE la care sunt conectate toate părțile conductoare accesibile ale instalației, astfel încât, impedanța buclei de defect este destul de mică pentru a se asigura un nivel acceptabil al curentului de defect.

În cazul în care lungimile circuitelor sunt lungi și dacă aparatele de pe diferite circuite sunt conectate la prize de pământ diferite,, declanșarea releelor de protecție la supracurent nu este posibilă. În acest caz este recomandată utilizarea unui (RCD) dispozitiv de curent diferențial rezidual pe fiecare circuit al instalației.

În cazul sistemelor IT legate la pământ prin rezistor, trebuie să se acorde atenție acestor dispozitive de curent diferențial rezidual; sensibilitatea lor nu trebuie să fie atât de mică încât să conducă la o declanșare nedorită în cazul primului defect.

Metode de determinare a valorilor curentului de scurtcircuit

Încă din faza de proiectare trebuiesc făcute toate estimările valorilor curenților de scurtcircuit.

O analiză riguroasă nu este necesară atât timp cât numai amplitudinea curentului este importantă pentru dispozitivele de protecție respective, de aceea sunt acceptate și utilizate metode aproximative simplificate.

Cele trei metode practice sunt următoarele:

Metoda impedanțelor, bazată pe suma vectorială a tuturor impedanÍelor (de secvență directă) ale buclei de defect. Este identică cu ce a sistemului TN.

Metoda de compunere care este o estimare aproximativă a curentului de scurtcircuit la capătul dinspre sarcină al circuitului, bazată pe cunoașterea valorii curentului de scurtcircuit la capătul dinspre sursă al acesteia. Este identică cu ce a sistemului TN.

Metoda convențională în care valoarea minimă a tensiunii la capătul circuitului dinspre sursă este presupusă a fi cca. 80% din valoarea nominală a tensiunii și bazat pe această ipoteză s-au construit tabele care permit citirea directă a lungimilor maxime admise ale circuitelor. Este prezentată în figura 5.7.

Aceste metode sunt corecte doar pentru cazurile în care conductoarele care alcătuiesc bucla de defect sunt învecinate și nu sunt separate prin materiale feromagnetice.

Fig. 5.7. Calculul lui Lmax pentru sistemul IT și indicarea căilor de curent în condițiile celui de-al doilea defect.

DISPOZITIVE DE CURENT REZIDUAL (DVR)

Principii de bază

Caracteristicile principale ale dispozitivelor de curent diferenÍial rezidual sunt prezentate în figura 6.1. Un circuit magnetic închis cuprinde toate conductoarele parcurse de curent ale unui circuit astfel încât fluxul magnetic generat în miez va depinde în orice moment de suma aritmetică a curenților.

Curenții circulând în aceeași direcție se vor considera ca fiind pozitivi (I1), iar cei care circulă în direcție opusă, negativi (I2).

Într-un circuit fără defect, în funcționare normală, I1 + I2 = 0 și prin urmare, nu va exista flux magnetic în miez, iar tensiunea electromotoare indusă în bobină va fi de asemenea zero.

Fig. 6.1. Principiul de funcționare al DCR – dispozitivelor de curenți diferențiali.

Un curent de punere la pământ Id va circula prin miezul magnetic către defect dar se va întoarce către sursă prin priza de pământ sau prin conductorul de protecție, în sistemul TN.

Prin urmare suma aritmetică a curenților care traversează miezul magnetic este diferită de 0 iar această diferență creează un flux magnetic în miez.

Diferența de curent este denumită “curent rezidual” iar principiul este cunoscut drept “principiul curentului diferențial rezidual”.

Fluxul alternativ rezultant în miezul magnetic induce o tensiune electromotoare Án bobină astfel încât curentul I3 circulă prin bobina de acționare a dispozitivului de declanșare. Dacă curentul rezidual depășește valoarea impusă pentru funcționarea dispozitivului de declanșare fie direct fie prin intermediul unui releu electronic, atunci întreruptorul automat asociat va declanșa.

În concluzie, curenții permanenți de scurgere la pământ care există și care nu se datorează unor defecte, cum ar fi supratensiunile tranzitorii, pot conduce la declanșări nedorite ale dispozitivelor de curent diferențial rezidual.

Anumite tehnici au fost dezvoltate pentru a preîntâmpina astfel de probleme de funcționare.

Recomandări pentru utilizarea DCR dispozitivelor de curent rezidual

Curenți permanenți de scurgere la pământ

Orice instalație de joasă tensiune care are un curent permanent de scurgere la pământ care se datorează:

inegalității (1) dintre capacitățile intrinsece ale conductoarelor active în raport cu pământul a celor trei faze, în cazul circuitelor trifazate;

capacității dintre conductoarele active și pământ în cazul circuitelor monofazate.

Cu cât instalația este mai extinsă cu atât capacitatea sa este mai mare și în consecință prezintă curenți de scurgere la pământ mai mari.

Curentul capacitiv către pământ crește uneori semnificativ datorită condensatoarelor de filtrare asociate echipamentelor electronice (automatizări, sisteme informatice, etc.). În absența unor date mai precise, curentul de scurgere la pământ într-o instalație poate fi estimat pornind de la următoarele valori măsurate la 230V/50Hz:

circuite monofazate sau trifazate: 1,5 mA/100 m;

încălzire prin pardoseală: 1 mA/kW;

aparate tip fax-uri: 1mA;

puncte de lucru cu tehnologie informatică: 2 mA;

terminal informatic (PC): 2 mA;

imprimantă: 1 mA;

fotocopiator: 1,5 mA.

Întrucât dispozitivele de curent diferențial rezidual sunt în conformitate cu standadele CEI și cu multe standarde naționale, acestea funcționează în intervalul (0,5 …1) Iδn pentru o valoare nominală IΔn. Prin urmare curenții de scurgere la pământ în aval de un dispozitiv de protecție împotriva curentului rezidual nu vor depăși 0,5 IΔn.

În practică limitarea curenților de scurgere la pământ la 0,25 IΔn prin divizarea circuitului, poate elimina declanșările nedorite.

În cazuri particulare precum extinderile sau renovările parțiale în instalațiile IT trebuie consultați producătorii.

Curenți tranzitorii de scurgere la pământ

Punerea sub tensiune

Fig. 6.2. Forma de undă standardizată a

curenților tranzitorii 0,5 μs/100 Hz.

Punerea sub tensiune a capacităților menționate mai sus determină creșterea unor curenți tranzitorii de înaltă frecvență și de foarte scurtă durată, similari celor arătați figura 6.2.

Apariția bruscă a primului defect într-un sistem IT generează de asemenea curenți tranzitorii de scurgere la pământ, de înaltă frecvență, datorită creșterii bruște a tensiunii de fază la valoarea tensiunii de linie, pe cele două faze neafectate.

Supratensiuni de mod comun

Rețelele electrice de putere sunt supuse unor supratensiuni de origine diferită:

atmosferică;

sau datorită unor schimbări bruște a condițiilor de funcționare ale sistemului (defecte, funcționarea fuzibilelor, comutații, etc.).

Aceste schimbări bruște determină deseori tensiuni și curenți tranzitorii mari în circuitele inductive și capacitive înainte de atingerea unei stări stabile. Anumite înregistrări au stabilit faptul că, în sistemele de joasă tensiune, supratensiunile rămân în general sub 6 kV și că acestea pot fi reprezentate adecvat prin forme de undă convenționale de tip impuls 1,2/50 μs conform figurii 6.3.

Fig. 6.3. Forma de undă standardizată de impuls de tensiune 1,2/50 μs

Aceste supratensiuni determină creșteri ale curenților tranzitorii reprezentați prin forma de undă de impuls de curent convențională 8/20 μs, având o valoare de vârf de câțiva zeci de amperi conform figurii 6.4.

Curenții tranzitorii circulă către pământ prin capacitățile instalației descărcătoare sau prin defecte de izolație.

Fig. 6.4. Forma de undă standardizată de impuls de curent 8/50 μs

Imunitatea la regimuri tranzitorii

Fiecare dispozitiv de curent diferențial rezidual trebuie să aibă un nivel minim de imunitate la declanșări nedorite, în conformitate cu cerințele din tabelul 6.1.

Tabelul 6.1. Testele privind nivelele admisibile din punct de vedere al compatibilității electromagnetice pentru dispozitivele de curent diferențial rezidual.

Dispozitivele de curent diferențial rezidual tip “S” sau temporizate nivel I sau II (vezi figura 6.5) acoperă toate valorile curenților tranzitorii de scurgere la pământ inclusiv cei ai descărcătoarelor cu durată mai mică de 40 ms.

Fig. 6.5. Selectivitate pentru două nivele.

Tensiunile și curenții tranzitorii de înaltă frecvență (sau impulsurile unidirecționale) menționați, împreună cu alte surse de perturbații electromagnetice (bobinele contactoarelor, releele, contactele uscate), descărcările electrostatice și formele de undă electromagnetice radiante (radio, sistemele de amorsare, etc.), sunt parte ale domeniului din ce în ce mai important al compatibilității electromagnetice.

Este important ca dispozitivele de curent diferențial rezidual să fie imune la posibila funcționare defectuoasă produsă de efectele perturbațiilor electromagnetice.

În practică, nivelele indicate în tabelul 6.1, sunt în conformitate cu specificațiile de proiectare și execuție.

Fig. 6.6. Simbol standardizat în anumite țări care indică

protecția împotriva funcționării incorecte datorate regimurilor tranzitorii.

Dispozitivele de curent diferențial rezidual tip “A Si” (marcate prin simbolul din figura 6.6) evită declanșările nedorite în cazul:

rețelelor poluate;

efectelor trăsnetelor;

curenților de înaltă frecvență;

componentelor de c.c.,

regimurilor tranzitorii;

temperaturii scăzute de funcționare (-25° C).

Imunitatea față de componentele de curent continuu

Sursele auxiliare de curent continuu pentru comandă și semnalizare pentru echipamentele electrice și mecanice sunt uzuale, iar anumite aparate includ și scheme redresoare (diode, triace, tiristoare).

Fig. 6.7. Pentru Imunitatea față de componentele de curent continuu

În eventualitatea unui defect de punere la pământ în aval de astfel de scheme redresoare, curentul de defect poate conține și componente de curent continuu. Riscul de a exista și astfel de componente depinde de gradul de izolație al circuitelor de curent continuu din aparatele respective și fiecare caz trebuie analizat separat.

Probleme de acest tip apar de obicei în cazul aplicațiilor industriale. Standardele CEI clasifică RCD-urile în funcție de capacitatea lor de a funcționa corect în prezența componentelor de curent continuu în structura curentului rezidual.

Dispozitive clasă AC: funcționează doar în cazul unui curent rezidual alternativ;

Dispozitive clasă A: funcționează în cazul unui curent rezidual pulsatoriu;

Dispozitive clasă B: funcționează în cazul unui curent rezidual continuu.

În general, se utilizează dispozitive de curent diferențial rezidual de clasă AC.

Dispozitivele de clasă A se utilizează în cazul unor cerințe speciale ca o variantă specială a dispozitivelor AC.

Recomandări referitoare la instalarea RCD-urilor cu transformatoare de curent toroidale separate

Detectorul curentului rezidual este un circuit magnetic îchis (de obicei circular) având permeabilitatea magnetică foarte ridicată pe care este realizată înfășurarea unei bobine, ansamblul constituind un transformator de curent toroidal (sau de tip inel).

Datorită permeabilității sale ridicate, orice abatere de la o simetrie perfectă a conductoarelor care trec prin miezul magnetic, precum și învecinarea cu materiale feroase (carcase din oțel, șasie, etc.), pot afecta suficient de mult echilibrul fluxurilor magnetice, mai ales în cazul sarcinilor mari (pornire de motoare, curentul de magnetizare la punerea sub tensiune a transformatoarelor , etc.), astfel încât pot genera declanșări nedorite a dispozitivelor de curent diferențial rezidual.

Dacă nu sunt luate măsuri speciale, raportul dintre curentul de funcționare IΔn și curentul de fază maxim Iph (max) este în general mai mic decât 1/1000. Acest raport poate fi micșorat în mod substanțial (adică aparatul să fie desensibilizat) prin adoptarea măsurilor indicate în figura 6.8 și sumarizat în tabelul 6.2.

Fig. 6.8. Trei măsuri pentru reducerea raportului Iδn/Iph.

Tabelul 6.2. Trei măsuri pentru reducerea raportului Iδn/Iph.

Alegerea caracteristicilor unui întreruptor cu dispozitiv de curent diferențial rezidual (RCCB – CEI 61008)

Curentul nominal

Fig. 6.9. Întrerupător automat cu DCR.

Curentul nominal al unui întreruptor cu dispozitiv de curent diferențial rezidual este ales în funcție de valoarea maximă a curentului de sarcină pe care îl poate suporta.

dacă întreruptorul cu dispozitiv de curent diferențial rezidual este conectat în serie, în aval de un întreruptor, curentul nominal al ambelor dispozitive de protecție trebuie să fie același (figura 6.9.a);

dacă întreruptorul cu dispozitiv de curent diferențial rezidual este conectat în amonte de un grup de circuite protejate de întreruptoare, așa cum se arată în figura 6.9.b.

Cerințele de comportare electrodinamică

Protecția împotriva scurtcircuitelor trebuie realizată de către dispozitivele de protecție împotriva curenților de scurtcircuit amplasate în amonte, dar se consideră faptul că, acolo unde dispozitivul de curent diferențial rezidual este amplasat în același tablou electric de distribuție (în conformitate cu standardele în vigoare) ca și întreruptoarele (fuzibilele) din aval, protecția la curentul de scurtcircuit realizată de aceste întreruptoare este o soluție adecvată.

În toate cazurile este necesară o coordonare între dispozitivele de curent diferențial rezidual și dispozitivele de protecție împotriva curenților de scurtcircuit, iar producătorii furnizează în general, tabele de coordonare conform tabelului 6.3.

Tabelul 6.3. Coordonarea tipică dată de producător între dispozitive de curent diferențial rezidual, întreruptoare și fuzibile (produse Merlin Gerin).

BIBLIOGRAFIE

[1]. Peter Hase, „ Overvoltage protection of Low Voltage Systems”, Published by The Institute of Egeneering and Technology, London, United Kingdom, 2008.

[2]. Laurențiu GOIA, Nicolae GOLOGANOV, „Instalații electrice de distribuție de joasă tensiune”, editura AGIR

[3]. ***, Normativ I7/2009-1 – Siear, “Instalații de protecție împotriva șocurilor electrice”.

[4]. *** Normativul privind proiectarea, execuția și exploatarea instalațiilor electrice aferente clădirilor, I7/2011

BIBLIOGRAFIE

[1]. Peter Hase, „ Overvoltage protection of Low Voltage Systems”, Published by The Institute of Egeneering and Technology, London, United Kingdom, 2008.

[2]. Laurențiu GOIA, Nicolae GOLOGANOV, „Instalații electrice de distribuție de joasă tensiune”, editura AGIR

[3]. ***, Normativ I7/2009-1 – Siear, “Instalații de protecție împotriva șocurilor electrice”.

[4]. *** Normativul privind proiectarea, execuția și exploatarea instalațiilor electrice aferente clădirilor, I7/2011