Obwód ochronno-wyrównawczy. Wymagnia. Część 2

Oznaczenie miejsca przyłączenia przewodu ochronnego literami PE oraz barwą żółto-zieloną

Jakim warunkom musi odpowiadać obwód ochronno-wyrównawczy maszyny? Co wchodzi w jego skład, czy tylko przewody? Jakimi parametrami powinien się charakteryzować? Prezentujemy dalszy ciąg informacji o obwodzie ochronno-wyrónawczym zawartych polskich normach.

W skład obwodu ochronnego, oprócz przewodów wchodzą również inne elementy przewodzące. Czy można je traktować na równi z dedykowanymi przewodami ochronno-wyrównawczymi?

Wg PN EN 60204-1:2018-12 [1] metalowe obudowy, obramowania lub płyty mocujące wyposażenia elektrycznego podłączone do układu połączenia ochronnego mogą zostać użyte jako przewody ochronne jeśli spełniają następujące warunki:

  • rozwiązania konstrukcyjne lub odpowiednie połączenie muszą gwarantować ich ciągłość elektryczną. Musi być ona zapewniona podczas całego czasu użytkowania oraz nie ulegać pogorszeniu na skutek działania czynników mechanicznych, chemicznych lub elektrochemicznych,
  • muszą spełniać wymagania PN-HD 60364-5-54:2011 [2], 543.1 odnośnie minimalnego przekroju poprzecznego.
    Polegają one na zapewnieniu, że każdy przewód ochronny spełnia warunek bezpieczeństwa wynikający z automatycznego wyłączenia zasilania (wg PN-EN 60364-4-41 [6]).
    Jeśli przewód ochronny jest wykonany z miedzi, musi on spełnić wymagania podane w Tabeli 1 (patrz cz. 1). Dla przewodu ochronnego wykonanego z innych materiałów norma [2] podaje wzory do obliczenia przekroju poprzecznego takiego przewodu.
    Norma [2] wymaga również, aby przewód ochronny spełniał wymagania podane w Tabeli 2 (patrz cz. 1).
    Należy przy tym pamiętać, że dobierając pole przekroju przewodu ochronnego, który ma chronić wiele obwodów, trzeba wziąć pod uwagę największy prąd zwarciowy, jaki może pojawić się w tych obwodach oraz, mając na uwadze wskazówki z Tabeli 1, przewód fazowy o największym przekroju poprzecznym.
  • powinny umożliwiać podłączenie innych przewodów ochronnych w określonych punktach. [1]

Norma PN EN 60204-1:2018-12 [1] wymienia szereg części maszyn i wyposażenia elektrycznego, które mogą być podłączone do układu połączeń ochronnych, ale NIE POWINNY być one wykorzystywane jako przewody ochronne. Są to:

  • przewodzące części konstrukcyjne maszyny,
  • metalowe kanały kablowe o konstrukcji podatnej lub sztywnej,
  • metalowe osłony kabli lub zbrojenie,
  • rury metalowe zawierające materiały palne takie jak gazy, płyny, proszki,
  • podatne albo giętkie metalowe rury instalacyjne,
  • części konstrukcyjne poddawane naprężeniom mechanicznym w czasie ich normalnej pracy,
  • podatne części metalowe, druty wsporcze, korytka instalacyjne, drabinki kablowe. [2]

Oznacza to, że części te można podłączyć do obwodu ochronno-wyrównawczego, a nawet trzeba jeśli są to elementy przewodzące dostępne, ale nie mogą być one traktowane jak dedykowane do tego celu przewody, do których przyłączone są następne elementy. Gdyby porównać obwód ochronny do łańcucha to elementy te powinny być jego ostatnim ogniwem. W żadnym razie ogniwem gdzieś w środku łańcucha.

Przykład połączenia wyrównawczego wyposażenia elektrycznego maszyny.
Przykład połączenia wyrównawczego wyposażenia elektrycznego maszyny (na podstawie [1] )
Przykład połączenia wyrównawczego wyposażenia elektrycznego maszyny. Opis

Obwód ochronno-wyrównawczy nie może zostać przerwany przez usunięcie części maszyny z dowolnej przyczyny, np. w wyniku konserwacji.

W przypadku zamontowania wyposażenia elektrycznego na drzwiach, pokrywach lub płytach osłonowych zaleca się podłączenie ich do obwodu ochronnego za pomocą dedykowanego przewodu. Jeśli nie przewidziano takiego przewodu, zaleca się zastosowanie elementów łączących o niskiej rezystancji tak, aby był spełniony warunek sformułowany w punkcie 18.2.2 PN EN 60204-1:2018-12 [1]. Jakie konkretnie wartości powinna przyjmować rezystancja można odnaleźć w PN-HD 60364-6:2016-07 [3]. Przytoczymy je w sekcji Obwód ochronno-wyrównawczy-jaka rezystancja.

W przypadku przewodów narażonych na uszkodzenie np. przewody wleczone należy zastosować odpowiednie środki, aby zapewnić, że obwód ochronno-wyrównawczy jest ciągły również w takich warunkach. Można to zrealizować np. przez monitorowanie stanu tych przewodów.

W obwodzie połączeń ochronnych NIE MONTUJE SIĘ urządzeń przełączających, zabezpieczeń nadprądowych lub innych urządzeń, które mogłyby posłużyć do jego przerwania. Wyjątkowo w zamkniętych obszarach ruchu elektrycznego dopuszcza się do celów pomiarowych lub badań połączenia, które można otworzyć tylko przy użyciu narzędzi.

Jeśli zespół wtyczka/gniazdo zawiera styk do wpięcia się w obwód ochronno-wyrównawczy, to styk ten powinien być przerywany jako ostatni. Podobnie jeśli ciągłość układu ochronnego może zostać przerwana przez zespoły wtyczka/gniazdo lub usuwalne odbieraki prądu to przewód ochronny powinien być odłączony jako ostatni.

Jeżeli przewody lub szyny zbiorcze, zespoły pierścieni ślizgowych są zainstalowane jako część układu połączenia ochronnego, to nie powinny przewodzić prądu podczas normalnej pracy. Przewód ochronny (PE) i neutralny (N) powinny wykorzystywać oddzielny przewód zbiorczy, oddzielną szynę zbiorczą lub oddzielny pierścień ślizgowy.

W takich przypadkach należy zapewnić ciągłość przewodów ochronnych poprzez stosowanie odpowiednich środków, np. redundancji odbieraków prądowych, monitorowanie ciągłości obwodu ochronnego.

Odbieraki prądowe przewodu ochronnego powinny mieć inny kształt albo taką budowę, aby nie można ich było stosować zamiennie z innymi odbierakami. Odbieraki takie powinny być stykami ślizgowymi.

Gwarancją skutecznego zadziałania ochrony przeciwporażeniowej w warunkach uszkodzenia jest niska rezystancja obwodu ochronno-wyrównawczego. Wskazówki odnośnie rezystancji, jaką powinny charakteryzować się przewody o określonych przekrojach daje norma PN-HD 60364-6:2016-07 [3].

Jeśli w urządzeniu elektrycznym występują połączenia ochronno-wyrównawcze należy dokonać ich weryfikacji poprzez pomiary.

Należy wykonać pomiar:

  1. przewodów ochronnych łącznie z przewodami wyrównawczymi głównymi i dodatkowymi
  2. części przewodzących dostępnych

Norma PN EN 60204-1 [1] zaleca, aby pomiar rezystancji przewodu ochronnego realizować pomiędzy zaciskiem PE a odpowiednim punktem obwodu ochronno-wyrównawczego.

Pomiarów rezystancji przewodów należy dokonać przy użyciu miernika spełniającego wymagania normy PN-EN IEC 61557-4:2022-06 [5].

Napięcie pomiarowe ze źródła oddzielonego elektrycznie może być stałe lub przemienne o wartości od 4V do 24V w stanie bez obciążeniowym [5] [1]. Prąd pomiarowy powinien przyjmować wartości pomiędzy co najmniej 0,2A i około 10A. Użycie większych prądów do badania ciągłości zwiększa dokładność wyniku pomiarów. Sprawdza się to szczególnie przy małych wartościach rezystancji (np. przy przewodach o większych przekrojach lub mniejszych długościach). [1]

Załącznik informacyjny A normy [3] podaje przybliżone wartości rezystancji, jakie powinny być osiągnięte podczas pomiarów ciągłości przewodów. Przytaczamy je w tabeli poniżej.

Tabela 2. Rezystancja R żył miedzianych w temperaturze 30st. C w zależności od pola przekroju poprzecznego S do zgrubnej kalkulacji rezystancji przewodu (na podstawie [3])

Podane w tabeli wartości rezystancji obowiązują dla przewodów w temperaturze 30 st. C. Dla innych temperatur przewodnika rezystancja może być obliczona wg następującego wzoru [4]:

wzór na Rtx

gdzie:
Rtx — rezystancja jednostkowa żyły przewodu w temperaturze tx [mΩ/m]
R30 — rezystancja jednostkowa żyły przewodu w temperaturze 30 st. C (wartość z Tabeli 2), [mΩ/m]
tx — temperatura przewodu inna niż 30 st. C [st. C]
αt — współczynnik temperaturowy, dla miedzi wynosi on 0,00393 0,004 1/K

Wymagania dla rezystancji obwodu ochronno-wyrównawczego przenośnych urządzeń elektrycznych definiuje norma PN-EN 50699:2021-07 [7].

Można w niej znaleźć przykładowe schematy obwodów pomiarowych. Norma podaje przykłady obwodów pomiarowych dla urządzeń, które można odłączyć od zasilania na czas pomiarów oraz dla sprzętu, który ze względów funkcjonalnych musi pozostać zasilony.

Norma podaje również wartość wymaganej rezystancji dla obwodu wyrównawczego urządzeń przenośnych. Jest to 0,3Ω dla urządzeń o długości przewodu do 5m i polu przekroju poprzecznego przewodu do 1,5mm2.  Dla każdego następnego 7,5m długości przewodu należy dodać 0,1Ω aż do osiągnięcia maksymalnej wartości granicznej 1Ω.

Dla przewodów o polu przekroju poprzecznego większych niż 1,5mm2 i większych długości norma [7] rekomenduje obliczanie wartości wymaganej rezystancji wg poniższego wzoru.

Wzórt na R

gdzie:
R — rezystancja elektryczna [Ω]
ρ — przewodność elektryczna metalu, z którego wykonano przewód ochronny [Ωxmm2/m]
L — długość przewodu [m]
A — pole przekroju poprzecznego przewodnika [mm2]

Wartość 0,1Ω w powyższym wzorze ma na celu uwzględnienie w obliczeniach rezystancji styku.

Wszystkie przewody ochronne powinny być przyłączone do zacisków.

Punkty przyłączenia obwodu ochronnego nie mogą pełnić innych funkcji. Nie mogą to być np. śruby, które oprócz mocowania przewodu ochronnego służą jednocześnie do mocowana osłon lub są elementami łączącymi korpus maszyny.

Przyłączenie przewodu ochronnego jest realizowane z reguły za pomocą elementów gwintowych. Może to być przygrzany do obudowy kołek gwintowany, do którego przykręca się zakończony metalowym oczkiem przewód ochronny. Można też zastosować gwintowany otwór w który wkręca się śrubę.

Przyłącza gwintowe przewodu ochronnego musza być zabezpieczone przed poluzowaniem. Najprostszym sposobem osiągniecia tego celu jest dodanie podkładki w połączeniu gwintowym. Najlepiej, jeśli jest to podkładka sprężysta lub specjalna podkładka zębata. Oprócz zabezpieczenia przed poluzowaniem się połączenia dodatkowo podkładka taka wrzyna się w materiał podłoża poprawiając warunki styku.

Połączenia lutowane mogą być stosowane tylko wówczas, gdy stosuje się zaciski specjalnie do tego przeznaczone.

Elementy użyte do wykonania połączenia przewodu ochronnego musza być odpowiednie do przewodów i innych elementów składających się na połączenie. Należy zadbać m. in. o to, aby oczka czy końcówki do zarabiania przewodów były odpowiednie do ich średnicy (pola przekroju poprzecznego).

Każdy punkt przyłączenia przewodu ochronnego powinien być odpowiednio oznakowany lub zaetykietowany. Można zrealizować to na kilka sposobów. Dokładny opis oznakowania punktu przyłączenia obwodu ochronnego znajduje się w części pierwszej w sekcji Przewody ochronne.

Mechaniczne chemiczne lub elektrochemiczne oddziaływanie nie może pogarszać obciążalności prądowej punktu przyłączenia obwodu ochronnego. Jest to szczególnie ważne w przypadku zastosowania przewodów aluminiowych lub ze stopów aluminium. Zaleca się wówczas zwrócenie szczególnej uwagi na możliwość wystąpienia korozji elektrolitycznej.

Część przewodząca obca: część przewodząca, która nie jest częścią instalacji elektrycznej, ale jest zdolna do wprowadzenia potencjału elektrycznego, najczęściej miejscowego uziemienia.

Część przewodząca dostępna: część przewodząca wyposażenia elektrycznego która może być dotknięta i która w warunkach normalnej pracy nie znajduje się pod napięciem, ale może znaleźć się pod napięciem w warunkach uszkodzenia

  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.
  6. PN-HD 60364-4-41:2017-09 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym
  7. PN-EN 50699:2021-07 Badania okresowe urządzeń elektrycznych