Obwód ochronno-wyrównawczy (PE) popularnie nazywany uziemieniem pełni w układzie elektrycznym maszyn bardzo ważną rolę. Jest to podstawowy środek ochrony w warunkach uszkodzenia. Umożliwia ochronę osób przed porażeniem elektrycznym. Skuteczność działania połączeń ochronno-wyrównawczych jest uzależniona od utrzymania metalicznego połączenia części przewodzących dostępnych dla człowieka z ziemią. Niepozorny żółto-zielony „kabelek” w sytuacji zwarcia pomiędzy przewodem czynnym a elementami przewodzącymi może uratować życie. Z tego powodu niezmiernie ważne jest zaznajomienie się z wymaganiami, które musi spełniać ten obwód, aby efektywnie spełniał swoje zadanie. Poniżej prezentujemy część pierwszą opracowania zbierającego zawarte w normach wymagania odnośnie obwodu ochronno-wyrównawczego.
Elementy układu połączeń ochronnych
Na wstępie warto zastanowić się co wchodzi w skład obwodu ochronno-wyrównawczego. Norma PN EN 60204-1:2018-12 [1] wyróżnia cztery takie elementy:
- Zaciski zewnętrznego przewodu ochronnego (PE),
- Przewody ochronne,
- Przewodzące części konstrukcyjne i części przewodzące dostępne wyposażenia elektrycznego,
- Przewodzące części konstrukcyjne maszyny.
Dobierając poszczególne elementy trzeba pamiętać, że każdy z nich musi być w stanie przenieść maksymalne obciążenia cieplne i mechaniczne w warunkach uszkodzenia.
Czego NIE podłączamy do obwodu ochronnego
Nie mniej ważne od tego co może wchodzić w skład obwodu ochronno-wyrównawczego jest to, co absolutnie nie może być jego częścią.
Norma PN EN 60204-1:2018-12 [1] wskazuje, że niewymagane jest przyłączanie przewodzących części konstrukcyjnych maszyn i wyposażenia wykonanych w drugiej klasie ochronności lub o izolacji równoważnej.
W skład obwodu ochronno-wyrównawczego nie mogą również wchodzić obwody, które są chronione w warunkach uszkodzenia za pomocą separacji elektrycznej.
Nie ma potrzeby przyłączania do układu połączenia ochronno-wyrównawczego części przewodzących dostępnych urządzeń wszędzie tam, gdzie części te są zamontowane w taki sposób że nie powodują zagrożenia.
Norma [1] podaje dwie takie sytuacje:
- elementy przewodzące mają małe rozmiary i nie mogą być chwytane ręką lub dotykane na dużej powierzchni (większej niż 50mmx50mm),
- elementy są tak umiejscowione, że dotknięcie ich części czynnych lub uszkodzenie izolacji jest mało prawdopodobne.
Nie podłączamy do obwodu ochronnego także małych części takich jak śruby, nity, tabliczki znamionowe oraz części umieszczone wewnątrz obudów, bez względu na ich rozmiary, np. elektromagnesy styczników, mechaniczne części urządzeń.
Połączenia ochronne w maszynach mobilnych
Specyficzną, coraz bardziej rozwijającą się grupą maszyn zasilanych energią elektryczną są maszyny mobilne. Norma PN-EN 60204-1:2018-12 [1] zawiera szereg wskazań dotyczących połączeń ochronno-wyrównawczych dla tej grupy urządzeń.
W przypadku maszyn mobilnych, na których jest umieszczony źródło ich zasilania należy do zacisku połączenia ochronnego podłączyć:
- przewody ochronne,
- konstrukcyjne części przewodzące wyposażenia elektrycznego i
- części przewodzące obce.
Jeśli dodatkowo istnieje możliwość podłączenia zasilania zewnętrznego to zacisk ten połączenia ochronnego powinien być również punktem przyłączenia zewnętrznego przewodu ochronnego.
Dodatkowo norma [1] zwraca uwagę, że gdy zespół zasilania w energię stanowi zamkniętą całość i nie ma dołączonego źródła zewnętrznego, np. gdy nie jest dołączone pokładowe urządzenie do ładowania akumulatorów, to nie ma potrzeby przyłączania takiego wyposażenia do zewnętrznego przewodu ochronnego.
Wydaje się to być odpowiedzią na pytanie jak powinien wyglądać obwód ochronny w urządzeniach zasilanych z baterii lub akumulatorów.
Zacisk zewnętrznego przewodu ochronnego
Wracając do poszczególnych elementów obwodu ochronno-wyrównawczego przyjrzyjmy się jego pierwszemu elementowi – zaciskowi, do którego podłącza się zewnętrzny przewód ochronny.
Zgodnie z normą PN EN 60204-1:2018-12 [1] każdy punkt doprowadzenia zewnętrznego zasilania do maszyny musi również zapewniać możliwość podłączenia miedzianego zewnętrznego przewodu ochronnego. Zacisk PE musi znajdować się w tej samej komorze co zaciski fazowe przewodu zasilającego i powinien być odpowiedniej wielkości.
Przekrój poprzeczny zewnętrznego przewodu ochronnego jest skorelowany z przekrojem poprzecznym przewodów doprowadzających zewnętrzne zasilanie. Zgodnie z PN EN 60204-1[1] dla przekroju przewodów fazowych S≤16mm2 minimalny przekrój odpowiadającego im przewodu ochronnego PE wykonanego z miedzi wynosi S. Relację minimalnego przekroju poprzecznego przewodu ochronnego do pola przekroju zasilających przewodów fazowych prezentuje poniża tabele zaczerpnięta z normy [1].
Przekrój poprzeczny przewodów fazowych S [mm2] | Minimalny przekrój poprzeczny odpowiadającego przewodu ochronnego (PE) Sp [mm2] |
---|---|
S≤16 | S |
16<S≤35 | 16 |
S>35 | S/2 |
Zacisk podłączenia zewnętrznego przewodu ochronnego powinien być oznaczony literami PE.
Jeśli zewnętrzny przewód ochronny jest wykonany z innego metalu niż miedź to wielkość i typ zacisku tego przewodu powinny być odpowiednio dobrane. Parametry doboru: przekrój poprzeczny oraz wymagana rezystancja na jednostkę długości zostanie podana w sekcji Przewody ochronne.
Przewody ochronne
Przewód ochronno-wyrównawczy musi być łatwy do odróżnienia od innych przewodów użytych do wykonania instalacji. Dla tego typu połączeń zastrzeżona jest kombinacja barw zielono-żółta. W przypadku przewodów izolowanych wspomniana kombinacja barwna powinna być wykonana tak, aby na dowolnych 15cm długości jedna z barw pokrywała co najmniej 30%, i nie więcej niż 70% powierzchni przewodu, a druga pozostałą powierzchnię.
Kodowanie barwą na całej długości nie jest konieczne, gdy przewód ochronno-wyrównawczy można łatwo rozpoznać na podstawie jego kształtu, położenia lub budowy, np. jest to przewód pleciony, wielodrutowy itp.
W takiej sytuacji jednak (gdy przewód ochronny nie jest widoczny na całej długości), końce lub miejsca dostępne powinny być wyraźnie zidentyfikowane. PN EN 60204-1:2018-12 [1] opisuje trzy sposoby takiego oznaczenia:
- symbol graficzny uziemienia (IEC 60417-5019:2006-08),
- litery PE lub
- kombinacja dwubarwna zielono-żółta.
PN EN 60204-1:2018-12 dopuszcza także wyjątkowo specjalny sposób oznaczania przewodu ochronnego wyrównawczego. Można to zrobić na dwa sposoby:
- Literami PB
- symbolem wg IEC 60417-5021
Do wykonania obwodu ochronnego/wyrównawczego preferowane są przewody miedziane. Jeśli stosuje się przewody z innych materiałów to ich przekrój ze względu na wytrzymałość mechaniczną nie powinien być mniejszy niż 16mm2. Dodatkowo, opór elektryczny materiału z jakiego wykonany jest taki przewód na jednostkę długości nie powinien przekraczać oporu dopuszczalnego przewodu miedzianego. Graniczne wartości rezystancji podano w Tabeli 2 w sekcji Rezystancja przewodu ochronnego.
Pole przekroju każdego przewodu ochronnego który nie jest częścią kabla i nie znajduje się we wspólnej osłonie z przewodem fazowym nie powinno być mniejsze niż podaje Tabela 2.
Minimalny przekrój żyły przewodu ochronnego z miedzi [mm2] | Minimalny przekrój żyły przewodu ochronnego z aluminium [mm2] | Zabezpieczenie przed uszkodzeniami mechanicznymi |
---|---|---|
2,5 | 16 | jeśli przewidziano zabezpieczenie przed uszkodzeniami mechanicznymi |
4,0 | 16 | jeśli nie przewidziano zabezpieczenia przed uszkodzeniami mechanicznymi |
lub nie znajduje się we wspólnej osłonie z przewodem fazowym.
Przewód ochronny, który nie stanowi części kabla uważa się za zabezpieczony mechanicznie jeżeli jest on poprowadzony w rurce, listwie instalacyjnej itp.
Przewody ochronne, gdy prąd upływu jest większy niż 10mA
Norma PN EN 60204-1:2018-12 [1] formułuje specjalne wymagania dotyczące przekroju poprzecznego przewodu ochronnego w wyposażeniu elektrycznym, gdzie prąd upływowy do ziemny jest większy niż 10 mA niezależnie od tego czy jest to prąd stały czy przemienny.
W takim przypadku, aby zachować nienaruszalność połączenia przenoszącego prąd upływowy doziemny konieczne jest spełnienie co najmniej jednego z poniższych warunków:
- przewód ochronny jest chroniony przed uszkodzeniem mechanicznym na całej długości np.: całkowicie zamknięty w obudowie wyposażenie elektrycznego,
- przewód ochronny ma przekrój poprzeczny co najmniej 10 mm2 jeśli jest wykonany z miedzi lub co najmniej 16 mm2 jeśli jest wykonany z aluminium,
- jeśli na jakiś odcinku przewód ochronny na przekrój mniejszy niż 10 mm2 Cu lub 16 mm2 Al to na tym odcinku jest przewidziany drugi przewód ochronny o co najmniej takim samym przekroju, aby zapewnić łącznie wymagany przekrój przewodu ochronnego (patrz pkt. 2) w całym obwodzie odprowadzającym zwiększony prąd upływu. Może to wymagać oddzielnego zacisku dla drugiego przewodu ochronnego,
- w przypadku utraty ciągłości przewodu ochronnego zasilanie jest odłączane samoczynnie,
- jeśli zastosowano zespół wtyczka/gniazdo to musi być przemysłowe gniazdo wtyczkowe, przenośne zgodne z normą wieloczęściową IEC 60309 z odpowiednim odciążeniem i minimalnym przekrojem uziemiającego przewodu ochronnego wynoszącym 2,5mm2 jako częścią wielożyłowego kabla zasilającego.
W instrukcji urządzenia elektrycznego w sekcji dotyczącej instalacji powinien znaleźć się dokładny opis jak powinno być zainstalowane urządzenie, w tym sposób wykonania obwodu ochronnego. Zapisy te powinny uwzględniać spełnienie jednego z powyższych warunków
Norma PN EN 60204-1:2018-12 [1] rekomenduje również umieszczenie w pobliżu zacisku etykiety ostrzegawczej, że prąd w przewodzie ochronnym przekracza 10 mA.
Naklejka „Duży prąd upływu” 48mm x 16mm Kliknij żeby niezobowiązująco sprawdzić cenę. | Naklejka „Duży prąd upływu” 81mm x 31mm Kliknij żeby niezobowiązująco sprawdzić cenę. |
Źródła
[1] PN EN 60204-1:2018-12 Bezpieczeństwo maszyn. Wyposażenie elektryczne maszyn. Część 1: wymagania ogólne.
[2] PN-HD 60364-5-54:2011 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Układy uziemiające i przewody ochronne
[3] PN-HD 60364-6:2016-07 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 6: Sprawdzanie
[4] Ochrona przeciwporażeniowa w sieciach i instalacjach niskiego napięcia, S. Czapp, PWN, Warszawa 2023, Wyd. I
[5] PN-EN IEC 61557-4:2022-06 Bezpieczeństwo elektryczne w niskonapięciowych sieciach elektroenergetycznych o napięciach przemiennych do 1 000 V i stałych do 1 500 V. Urządzenia przeznaczone do sprawdzania, pomiarów lub monitorowania środków ochronnych. Część 4: Rezystancja przewodów uziemiających i przewodów wyrównawczych.