LABORATOR BAZELE ELECTROTEHNICII

ELEMENTE DE PROTECTIA MUNCII SI TEHNICA

SECURITATII IN INSTALATII ELECTRICE

Cauzele producerii accidentelor electrice

Accidentele electrice se clasifica in electrocutari si arsuri electrice.

Electrocutarile se produc:

a) prin atingere directa , in care o parte a organismului intra in contact direct cu partile conductoare aflate sub tensiune, cu elemente ale instalatilor electrice scoase de sub tensiune, insa ramase incarcate cu sarcini electrice datorita capacitatilor (care nu sunt descarcate dupa deconectare) sau cu elementele instalatiilor electrice scoase de sub tensiune, dar aflate sub o tensiune indusa pe cale electromagnetica sau electrostatica de alte instalatii aflate sub tensiune (prin omiterea legarii la pamant a elementelor deconectate).

b) prin atingere indirecta, in care contactul se face cu elemente ale instalatilor electrice care normal nu sunt sub tensiune (carcase, suporturi metalice), dar care intra sub tensiune datorita unui defect (deteriorare a izolatiei, conturnare, desprindere de conductoare), elementele altor categorii de instalatii, intrate sub tensiune datorita unor influente electromagnetice sau electrostatice.

c) prin tensiunea de pas, la care electrocutarea apare ca urmare a contactului cu doua puncte de pe sol aflate la potentiale electrice diferite ca urmare a scurgerii prin pamant a unui curent (figura 1).

Arsurile electrice se produc in diverse situatii de scurtcircuit, la inlocuirea sigurantelor in timp ce in retea exista un defect, care n-a fost inlaturat, la deconectarea separatoarelor aflate sub sarcina , etc.

Arsurile electrice se produc pe de o parte datorita caldurii provocata de caldura mare dezvoltata de arcul electric, iar pe de alta parte datorita curentului de intensitate mare, care trece prin corp.

Efectele fiziologice ale curentului electric asupra organismului

La trecerea curentului electric printr-un organism viu pot sa apara urmatoarele efecte fiziologice:

socuri electrice;

arsuri si metalizari ale pielii;

paralizia muschilor periferici;

fibrilatia muschiului cardiac.

Efectele fiziologice ale curentului depind de intensitatea, frecventa, durata si traseul curentului electric prin corp.

Socurile electrice sau electrocutarile se datoreaza actiunii curentului electric asupra sistemului nervos si asupra organelor interne si se manifesta prin zguduiri sau comotii, pierderea cunostintei, pierderea temporara a auzului si a vocii, fibrilatia sau oprirea inimii.

Electrotraumatismele constau in arsuri si metalizari ale pielii, adica patrunderea in tegument a metalului topit.

Limita maxima a intensitatii curentilor nepericulosi este de 10mA pentru curentul alternativ de frecventa industriala si de 50mA pentru curent continuu. Un curent alternativ de peste 50mA, care trece prin organism un timp mai mare de 0,1-0,2 s poate provoca un accident mortal

Curentul continuu in gama 1 3mA_cc nu sunt periculosi pentru organism, in gama 10 15mA_cc provoaca paralizia muschilor periferici, in gama 25 50mA_cc provoaca paralizia muschilor toracelui cu senzatia de sufocare si in unele cazuri chiar fibrilatia muschiului cardiac (adica pulsatia inimii cu 300 400 batai/minut, ceea ce determina inima sa nu-si mai indeplineasca rolul de pompa de vehiculare a sangelui la nivelul plamanilor si astfel se produce moartea prin sufocare).

Curentii mai mari de 50mA, provoaca fibrilatia muschiului cardiac si daca nu se intervine la timp pentru acordarea primului ajutor se produce moartea prin electrocutare.

Curentul alternativ avand frecventa de 40 60Hz este cel mai periculos, din cauza ca la aceste frecvente se produc convulsii care fac ca omul sa nu se mai poata elibera de sub actiunea curentului de valori relativ mici. La frevente mai mari de 400KHz nu se mai produc socuri, insa efectele se manifesta sub forma arsurilor.

Daca durata de trecere a curentului este mai mica de 0,1 0,2 s, orice valoare a intensitatii curentului este nepericuloasa. Aceasta deoarece fibrilatia muschiului cardiac se produce daca se acopera toata zona critica de 0,15s din ciclul cardiac ce este de 0,75s. Deci se poate evita moartea prin electrocutare daca exista dispozitive de protectie ultrarapide.

Valoarea curentului electric I, care trece prin corp depinde de tensiunea electrica U, la care este supus corpul si rezistenta totala a corpului omenesc R_h.

(1)

Rezistenta totala a corpului este suma rezistentei de contact la intrarea curentului, rezistenta organismului si rezistentei de contact la iesirea curentului. Rezistenta corpului este datorata in cea mai mare parte pielii.

Rezistenta R_h este diferita pentru fiecare persoana pe de o parte si variaza la aceeasi persoana in anumite conditii, pe de alta parte.

Daca pielea este intacta si uscata, R_h = 40.000 W

Daca pielea este umeda, R_h = 600 W, iar la inlaturarea epidermei sau strapungerea acesteia ( in cazul in care U > 60 100 V), R_h devine 200W

La verificarea eficacitatii masurilor de protectie se considera rezistenta omului R_h = 3.000 W, in cazul atingerilor indirecte si R_h = 1.000W in cazul atingerilor directe.

Rezistenta de contact depinde de felul incaperii, astfel se disting :
- incaperi foarte periculoase (umiditatea aerului este peste 97%, medii corozive, temperatura ambianta peste 35⁰C) ;

- incaperi periculoase (pardoseala este buna conducatoare de electricitate, de genul placi metalice, pamant, beton, mediu ambiant cu temperatura intre 25-35⁰C, umiditatea relativa intre 75-97%) ;

- incaperi putin periculoase (incaperi uscate, cu pardoseala din materiale electroizolante).

Determinarea curentului electric ce trece prin corp

Valoarea curentului electric care trece prin corp la atingerea unui element aflat sub tensiune depinde de tipul retelei la care este racordat elementul respectiv.

Valoarea maxima a curentului se obtine atunci cand se ating concomitent doua elemente cu tensiuni diferite, deoarece atunci intervine doar rezistenta corpului .

La atingerea unui singur element aflat sub tensiune pe de o parte apare tensiunea fata de pamant, care este mai mica decat tensiunea intre faze, iar pe de alta parte intervine si rezistenta de punere la pamant.

Masurile de protectie sunt diferite pentru retelele de joasa tensiune si de inalta tensiune. Se considera retele de joasa tensiune acele retele pentru care tensiunea dintre o faza si nul este de pana la 250V sau acele retele cu tensiunea intre faza si nul de pana la 1000V, dar care au neutrul izolat fata de pamant.

Retelele cu neutrul legat la pamant

Retelele trifazate legate la pamant au punctul neutru al sursei de alimentare legat la pamant printr-o priza de pamant de exploatare. Punctul neutru legat la pamant se numeste punct de nul sau nulul retelei.

La atingerea unei faze, curentul care se scurge prin om, prin pamant si prin priza rezistentei de exploatare R_o este:

(2) Dar R_o W, iar R_h = 1000W rezulta ca

(3)

Deci chiar daca tensiunea este mica, curentul care se stabileste poate fi mortal. Din aceasta cauza este necesar sa se foloseasca echipamente de protectie.

Retele cu neutrul izolat fata de pamant

La atingerea unei faze a retelei izolate, curentul se inchide prin om, prin pamant si prin rezistentele de izolatie fata de pamant. Intr-o retea trifazata cu neutrul izolat fata de pamant sarcinile pe cele trei faze sunt echilibrate, iar diferenta de potential intre punctul neutru si pamant este egala cu zero.

Daca un om va atinge o faza intr-o portiune neizolata , reteaua se va dezechilibra si punctul neutru se va afla la un potential U₀ fata de pamant.

Curentul rezultant care se inchide prin rezistentele de izolatie va fi:

(4) Considerand ca limita curentului nepericulos este I_h = 0,01A, pentru a fi evitat pericolul de electrocutare trebuie ca rezistenta de izolatie fata de pamant a fiecarei faze sa fie R_iz W

Se observa ca , in cazul retelelor izolate , intensitatea curentului ce trece prin om poate fi limitata la valori nepericuloase, daca rezistenta de izolatie a retelei se mentine la valori corespunzatoare. Din acest motiv retelele izolate se folosesc acolo unde pericolul de electrocutare este mare.

Descarcari capacitive

Atingerea directa a unor elemente care fac parte din circuitele curentilor de lucru poate fi periculoasa, chiar daca elementele respective sunt scoase de sub tensiune in momentul atingerii.

Valoarea tensiunii reziduale U₀ in instalatiile de curent continuu este egala cu tensiunea retelei, iar in instalatiile de curent alternativ depinde de procesul tranzitoriu de deconectare, putand atinge chiar valori egale cu dublul valorii maxime a tensiunii.

Daca un om este izolat fata de pamant si atinge doua conductoare aflate la tensiunea reziduala U₀, curentul care se inchide prin corp are valoarea :

(5) unde C este capacitatea intre cele doua conductoare.

Se observa ca inainte de a lucra cu elemente conductoare, nu este suficienta numai deconectarea lor, fiind necesara scurtcircuitarea si legarea lor la pamant, astfel sa se descarce reteaua de sarcinile electrice remanente.

Masuri de protectie

a)      La atingerea directa

construirea utilajelor astfel incat elementele de sub tensiune sa nu fie accesibile atingerii intamplatoare;

folosirea de tensiuni reduse;

folosirea de covoare electroizolante;

folosirea de mijloace individuale de protectie, manusi, cizme de protectie;

folosirea de indicatoare de avertizare, interzicere si informare (de genul : "Sub tensiune. Pericol de electrocutare!!") ;

limitarea influentelor electrostatice si electromagnetice.

b)     La atingerea indirecta

Se poate discuta de mai multe tipuri de protectie: prin legare la pamant, prin legare la nul, prin deconectarea automata la tensiunea de atingere.

Protectia prin legare la pamant

Protectia prin legare la pamant este o metoda de protectie des intalnita in practica, pentru evitarea pericolului de electrocutare prin atingeri indirecte, datorita simplitatii constructive si pretului de cost scazut.

Se considera o retea trifazata cu neutrul legat la pamant printr-o priza de exploatare. De la aceasta retea se considera alimentat un consumator (motor trifazat de c.a.). Daca carcasa metalica a echipamentului electric este legata la pamant, la un defect de izolatie fata de carcasa, curentul de defect se inchide prin rezistenta prizei de pamant si rezistenta prizei de exploatare.

Pentru ca curentul de defect sa treaca prin R_p si nu prin R_h se impune ca R_p < 4W

Legarea la pamant se face printr-un conductor izolat si printr-un tarus de diametru d = 50mm si o lungime l = (1500 2500) mm, deoarece se considera ca la o asemenea adancime in pamant umiditatea este persistenta asigurand o rezistenta foarte mica.

In cazul in care un om se afla pe carcasa utilajului electric si cu picioarele la un potential nul, stiind ca rezistenta prizei de pamant este mult mai mica decat rezistenta corpului, tensiunea de atingere este determinata de curentul de defect I _sc si rezistenta legaturii la pamant R_p.

(6)

Tensiunea de atingere U are valori in gama 24-65V.

4.2. Protectia prin legare la nul

Protectia prin legare la nul este cea mai raspandita in practica si se aplica la retelele trifazate cu neutrul sursei de alimentare legat la priza de pamant.

Ĩn cazul retelelor trifazate cu neutrul legat la pamant se poate realiza protectia prin legarea nulului de protectie de la carcasa la nulul de lucru.

Legarea carcasei echipamentului electric prin intermediul nulului de protectie la nulul de lucru are ca urmare, in cazul unui defect de izolatie, producerea unui scurtcircuit intre faza defecta si nulul retelei. Curentul de scurtcircuit trebuie sa topeasca fuzibilul sigurantei sau sa determine declansarea intreruptorului automat care protejeaza sectorul defect (deci conductorul de nul de protectie trebuie sa aiba o sectiune suficient de mare pentru a suporta acel curent ).

, (7)

in care este tensiunea fazei defecte

este impedanta conductelor fazei defecte, de la sursa pana la locul defectului

este impedanta conductorului de nul prin care se inchide curentul de defect.

Se foloseste platbanda zincata, care din motive de protectie suplimentara ( in cazul cand conductorul s-ar intrerupe) se leaga in anumite puncte la instalatia prizei de pamant, creandu-se astfel cai suplimentare de trecere a curentilor de defect.

La receptoarele monofazate nu se va lega conductorul de nul la carcasa, deoarece in cazul intreruperii accidentale a acestuia, carcasa primeste tensiunea fazei prin receptor. Din acest motiv conductorul de nul de protectie va fi diferit de conductorul de nul de lucru.

Pentru protectia receptoarelor trifazate se foloseste dubla protectie prin legarea la pamant si legarea la nul.

Ĩn laborator poate avea loc electrocutarea numai prin atingere directa. Ĩn acest sens montajele vor fi efectuate de la receptor catre sursa, ultima etapa fiind cea de conectare la tensiune.

4.3. Protectia prin deconectare automata la tensiunea de atingere

Aceasta protectie se aplica atat in retelele cu neutrul izolat, cat si in cele cu neutru legat la pamant.

Intre carcasa echipamentului protejat si pamant se conecteaza un releu de tensiune, prin intermediul unei prize de pamant auxiliare (figura 6).

La aparitia unei tensiuni de atingere periculoasa, releul de tensiune actioneaza asupra intrerupatorului automat al receptorului.

3.4. Protectia prin deconectarea automata la curent de defect

Acest tip de protectie se poate aplica retelelor cu neutrul izolat sau pus la pamant.

Protectia se realizeaza cu un releu de curent alimentat de un transformator homopolar, cu trei transformatoare de curent montate in paralel sau cu un transformator de curent montat pe conductorul de nul (figura 7).