Villamos érintésvédlm A villamos nrgia ipari mértű flhasználása a század ljén kzdtt gyr nagyobb mértékbn ltrjdni és zzl gyidőbn jlntkztk az áramütésből rdő balstk is. Ennk kövtkztébn nagyarányú kutatás indult mg annak fldrítésér, hogy milyn hatással van az mbri szrvztr a villamos áram. gyanakkor már foglalkozni kzdtk azokkal a kérdéskkl is, amlyk az áramütés kialakulásának lhtőségit kutatta, azok mgakadályozását célozta, illtv az lln való védkzés lvit és módszrit alapozta mg. Ezkből a vizsgálatokból kapott rdményk flhasználásával alakultak ki az érintésvédlm lvi és gyakorlati mgoldásai, amlyknk lgfontosabb részét mindn államban kötlzőn btartandó szabványokban, rndltkbn rögzítttk. Ezkt Magyarországon az MSZ 170/1.sz. Érintésvédlmi szabályzat 1000 V-nál nm nagyobb fszültségű rősáramú villamos brndzésk számára, illtv az MSZ 172/2, 3, 4. sz. Érintésvédlmi lőírások 1000 V-nál nagyobb fszültségű brndzésk számára mgnvzésű szabványok tartalmazzák. Hazánkban lfogadott lvkt az érintésvédlmi mgoldásokat az alábbiakban foglaljuk rövidn össz. 1. A villamos áram élttani hatásai. Köztudott, hogy az mbr éltfunkcióit, mozgásait blső, ún. bioáramok vzérlik. Ha bb a jól szrvztt, összhangolt rndszrb valamilyn külső hatás kövtkztébn idgn áramingrk, impulzusok hatolnak b, akkor az éltműködésbn zavarok kltkznk és nm kívánt, sokszor szabályozhatatlan funkciók jönnk létr. Ezk ign gyakran súlyos balstkt rdményzhtnk. Ign sok, élő és lhalt mbrn, valamint állatokon végztt vizsgálatok alapján az mbri szrvztnk a villamos árammal szmbni érzéknységér, férfiak stébn, 50 Hz-s frkvncia stén az alábbi átlagos értékkt állapították mg - érztküszöb 0,5 1 ma - rős rázásérzt 6 14 ma - izomgörcs 20 25 ma - szabálytalan szívműködés 25 80 ma - szívkamralbgés 80 100 ma - pillanatos halál 100 ma fltt. A közölt adatok átlagértékk és csak 50 100 Hz frkvncia stén, gészségs férfiakra vonatkoztathatók. Btg, gyngébb fizikumú férfiakra, nőkr, gyrmkkr nnél kisbb értékk érvénysk. 100 1000 Hz frkvncia értékhatárok között az áramütés biológiai hatásai nyhébbk és 1000 Hz fltt gyr inkább érvénysül az ún. skin hatás, amlynk kövtkztébn az áram útja a szrvztbn a bőrflült közlébn alakul ki, lkrülv a létfontosságú szrvkt. A vizsgálatok szrint a fnt flsorolt biológiai hatásokat gynáram alkalmazása stén az 50 Hz r mgadott áramértékk 4 5 szörös értékévl lht csak lőidézni. Az gynáram thát vszélytlnbbnk tűnik a váltakozó áramnál, azonban a sjtbomlasztó lktrolízis, valamint az ívképzésr való hajlam miatt szintén vszélys. Egys kutatók szrint nmcsak az mbri szrvztn áthaladó áram nagysága a jllmző a vszélysség mértékénk mghatározásában, hanm az áthaladó töltésmnnyiség is. Thát a vszélysségt az árambhatás időtartama is bfolyásolja. Ezt azonban ign nhéz
mghatározni, zért a töltésmnnyiség hlytt az mbri szrvztt érő nrgiát szokták mgadni. Dalzil amrikai kutató szrint a szívkamralbgést az stk 0,5 % -ban kiváltó dózist a kövtkző összfüggés írja l. I 2 t = 0,0156 [A 2 s], ahol I az mbri szrvztn átfolyó áram [A] t a bhatás időtartama [s] és az összfüggés 0,03 < t < 3 s időhatárok között érvénys. A mgadott összfüggésből kifjzhtő az az áram, amly az mbri szrvztn mghatározott idig átfolyva, 99,5%-os valószínűséggl még nm okoz szívkamralbgést 0, 125 I = t a kapott kifjzést az 1. ábrán tüntttük fl, amlyből mgállapíthatjuk, hogyha a bhatás időtartama ign rövid, akkor viszonylag nagyobb áramok sm okoznak vszélys balstt. Az mbri szrvzt érzéknységét a villamos áram szmpontjából más kutatók az mbri tstt ért villamos nrgiával fjzik ki. Ezk szrint kllmtln érzést okoz, ha az mbri szrvztt kb. 0,25 Ws, és halálos kimntlű, ha 50 Ws nrgia éri. 2. Az mbri tst llnállása Számos mérési sorozat rdményképpn tudjuk, hogy az mbri tst tisztán ohmos jllgű és nagyságát tulajdonképpn két fő részből állónak tkinthtjük. Az lső rész a blső, tstndvkkl átitatott szövtkből álló, amlynk villamos llnállása 200-300 ohm, vagy még kvsbb. A másik részt, a külső bőrflültt alkotja, amlynk llnállása függ a bőr pillanatnyi állapotától (száraz, ndvs, izzadt, vékony, vastag stb.) valamint a mérésnél alkalmazott fszültségtől. Az mbri tst llnállása a fszültség függvényébn a 2. ábrán látható. A tst llnállásának fszültségfüggés azzal magyarázható, hogy a tstr jutó fszültség mgoszlik a b és a kilépésnél lévő bőrflültk, valamint a blső részk soros llnállásán. A soros fszültségosztás kövtkztébn a bőrflültkr jut a fszültség nagyobb rész, amly növkvő fszültség stén gyr nagyobb számú hlyn ég át. Miután a nagy llnállást jlntő bőrflült nagyobb fszültség stén sok hlyn ég át, az rdő érték közlítni fog a blső részk által mghatározott llnállás értékhz. Az érintésvédlmi számításoknál az mbri tst sokfél, lőr nm látható állapotait nm szoktuk figylmb vnni, hanm a lgkdvzőtlnbb stt vsszük alapul. Így az mbr llnállását gységsn R =1000 ohm-mal vsszük számításban. Orvosi kzlőhlykn, műtőkbn nnél lénygsn kisbb értékkl.
3. A villamos áram élttani hatását bfolyásoló tényzők a) az mbri szrvztn átfolyó áram nagysága b) a bhatás időtartama c) az áram útja d) az áram frkvnciája ) az mbri tst llnállása f) az gyén tsti és llki állapota. A flsorolt tényzőkről már többé-kvésbé volt szó és szrpük könnyn blátható. Kérdés, hogyan bfolyásolhatja a balst súlyosságát, a balstt sznvdtt tsti és llki állapota. Könnyn blátható, hogy fáradt, kimrült, stlg ittas szmély rakcióképsség hosszabb, mint gy gészségsé, zért az áramütés által kiváltott mnkülési rflx is lassúbb lsz, vagyis a bhatás időtartama mghosszabbodik. A nm gészségs mbr viszont hajlamos az izzadásra, zért a bőrénk llnállása lénygsn kisbb lsz, amink kövtkztébn nagyobb áram fog kialakulni bnn. 4. Az érintés-fszültség mghatározása. Láttuk, hogy a villamos áramütés vszélysségét az mbri tstn átfolyó áramrősség nagysága határozza mg. Egy balstvszélys hlyn azonban nm lht mgmondani lőr az mbrn átfolyó áram nagyságát, sőt utólag sm lht gy bkövtkztt balst után rkonstruálni, hogy mkkora áram haladt át a balstt sznvdtt mbr tstén, olyan sok és bizonytalan tényző bfolyásolhatja. Ezért inkább abból indulnak ki, hogy az mbri tst llnállását a lgkdvzőtlnbb 1000 ohm-mal számítva mkkora fszültségt kll rákapcsolni, hogy bizonyos fiziológiai hatások jöjjnk létr. Az mbri tstr jutó fszültség thát az = I R szorzatból mghatározható. Ha a balst súlyosságának mgítéléséhz az így kiszámítható fszültségt rndljük, akkor mindn szituációban lőr számíthatóvá, illtv utólag rkonstruálhatóvá válik gy-gy balst körülmény. Most már csak az áramérték mgadása szükségs. A magyar lőírások, amlyk mggyznk a nmztközi lőírásokkal, alapját az képzi, hogy az áramütéss balst smmiképpn nm okozzon halált. Ezért az mbri tstt tartósan érő áramrősség lgnagyobb értékét jóval a szívkamralbgést kiváltó határ alatt választotta mg. Ez pdig 50 ma. időn át érhti az mbri szrvztt = I.R = 50. 10-3. 1.10 3 = 50 V Ezt a fszültségt limitfszültségnk ( L ) nvzik és z az érintési fszültség tartósan mgngdtt határérték 100 Hz-nél nm nagyobb frkvnciájú, szinuszos váltakozó áram stén, amlyt az mbrnk tartósan (súlyosabb károsodás nélkül) l kll vislni. Állandó gyn fszültség stén az gynáram már tárgyalt okok miatt - L = 120 V. 100-1000 Hz frkvnciájú váltakozó áram, valamint szaggatott gynáram stén az L értékét a szabvány nm írja lő pontosan, csak azt, hogy kísérlti vagy irodalom adatok alapján 50 és 120 V között kll mghatározni.
Egys különlgs hlykr, vagy brndzéskr, a körülménykr való tkintttl L értékét 50 V alatt is mg lht határozni (pl. 25 V, stlg 12 V váltakozó áram, gynáram stén 60 V, stlg 30 V a szokásos érték.) A limitfszültség értékénk mgadásával így sikrült kiküszöbölni azt a nhézségt, amit az áramértékkl való számítás okozott. Ezzl l lhttt érni, hogy gy-gy szituáció vszélysségénk mértékét fszültséggl fjzhtjük ki, sőt zt a fszültségt mindig mg lht mérni. Így az érintésvédlm műszaki problémává vált, amlynk kzlés könnyű, csupán a mgfllő fltétlkt kll biztosítani. Azt, hogy zkt a fltétlkt hogyan lht mgvalósítani a kövtkzők során részltsn fogjuk tárgyalni. 5. Hogyan jöht létr az áramütés Ha az mbri tst két, vagy több pontja különböző fszültségkt hidal át, akkor az Ohm-törvénynk mgfllő áramrősség jön létr a tst gys szakaszain. A blépő áramot a fszültség és az lőzőkbn lírt tstllnállás határozza mg, amly mint láttuk tág határok között változhat, d az lőírás értlmébn mindig csak 1000 ohm-mal vsszük figylmb. Ez stnként ign nagy biztonságot hoz a számításban, d kiküszöbölni, vagy ltkintni től nm lht, mivl az mbri tst llnállását ign sok külső és blső, lőr nm számítható tényző bfolyásolja. Az mbri tstnk az áramkörb krülés alapvtőn négy str vzthtő vissza. a) fázis-föld érintés b) fázis-föld érintés c) hibafszültség áthidalása d) lépésfszültség áthidalása Vizsgáljuk mg zkt részltsn. 5.1. Fázis-föld érintés Villamos nrgiarndszrünknk az a rész, amly az ipari, háztartási, világítási fogyasztókat közvtlnül látja l (3x380/220 V-os háromfázisú rndszr) mrvn földlt csillagponttal rndlkzik. Ez azt jlnti, hogy a háromfázisú rndszr csillagpontja mindn közbiktatott impdancia nélkül csatlakozik gy viszonylag nagykitrjdésű földlő rndszrhz, (3. ábra). A villamos nrgiarndszrk döntő többségébn a kisfszültségű hálózatok mrvn földlt csillagponttal rndlkznk és csak ign kis számban különlgs stkbn találhatók nm földlt, szigtlt csillagpontú hálózati rndszrk. Itt kll mgmlítni azt, hogy a 380/220 V-os háromfázisú losztórndszrkt tápláló transzformátorok nagyobb fszültségű tkrcslés (3kV 35kV) kivétl nélkül dlta (háromszög) kapcsolásúak és csillagpontjuk, ha olyan gyáltalán létzik, soha nincs a földdl mrvn, kis impdancián át lföldlv. A kisfszültségű tkrcsrndszr csillagpontjának lföldlés azt rdményzi, hogy a földt, mint rfrncia pontot kzlhtjük és a rndszrbn lévő fszültségkt kivév a soros fszültségséskt, valamint a vonali fszültségkt a földhöz, mint nullpotnciához viszonyíthatjuk.
Ha a talajt végtln nagy krsztmtszt miatt ign jó vztőnk tkintjük, akkor b lht látni, hogy a talaj és bármlyik fázisvztő között a fázisfszültség (220 V) jlnik mg, sőt trhlv sm fog lénygsn különbözni től. Egy ilyn rndszrbn thát, ha valaki valamilyn módon érintkzésb krül a talajjal és az gyik fázisvztővl, akkor az érintkzési pontok között a fázisfszültség hatására létrjön az áramütés. 5.2. Fázis-fázis érintés Ez a típusú áramütés a kövtkző módon jöht létr. A földtől tljsn lszigtlt szmély gyszrr érint mg két fázisvztőt. (4. ábra) Ekkor az áramütés nm a fázis fszültségtől, ha vonalfszültségtől fog létr jönni, zért rndszrint súlyosabb balstt okoz. E két stnk az a közös tulajdonsága, hogy az üzmszrűn fszültség alatt álló alkatrész (vztő, villamosgép, vagy készülék csatlakozó kapcsa stb.) mgérintését tétlzi fl. Az ilyn jllgű balstk mglőzés, illtv az llnük való védkzés nm tárgya az érintésvédlmnk, azokat más lőírások tartalmazzák. Itt csak annyit kll mgjgyzni, hogy azokat a villamos brndzéskt, amlyk áramütéss balstt okozhatnak, úgy kll szrlni, hogy abban az üzmszrűn fszültség alatt álló alkatrészkt véltlnül s lhssn mgérintni sm kézzl, sm valamilyn szközzl. A szándékos érintés lln gyébként úgysm lht védkzni. Az lmondottak miatt két sttl a továbbiakban nm is fogunk foglalkozni. 5.3. Hibafszültség áthidalása A villamos gépk, készülékk, szrszámok burkolatait, kzlőfogantyúit használat közbn alkalmanként vagy állandóan fogni kll. Normális körülményk között zk mgfogása vszélytln, mrt jól l vannak szigtlv az üzmszrűn fszültség alatt álló alkatrészktől. Ezk a burkolatok, fogantyúk stb. üzmszrűn nm állnak fszültség alatt, thát áramütés vszély nélkül mg lht, sőt a munkavégzés érdkébn mg is kll őkt fogni. Ha azonban a szigtlés sérülés kövtkztébn a burkolat érintkzésb krül a fszültség alatt lévő alkatrésszl, akkor annak érintés áramütést okozhat. Sajnos nincs érzékszrvünk arra, hogy mg tudjuk állapítani gy fém tárgyról, hogy a környztéhz képst milyn potnciálon van, zért az ilyn, a mghibásodás kövtkztébn fszültség alá krült tárgyat gyanútlanul érintünk fogunk mg. Az bből származó balstk mglőzésévl, ill. az lln való védkzéssl foglalkozik az érintésvédlm. Vizsgáljuk mg azt, hogy gy mghibásodás miatt fszültség alá krült brndzés mgérintés stén mkkora fszültség jut az mbrr. A kérdés tisztázása érdkébn az érintésvédlm klasszikus módszréből indulunk ki. Adva van gy táptranszformátor, amlynk mrvn földlt csillagpontja van és gy fogyasztót lát l. (5. ábra) A fogyasztó érintésvédlmét úgy biztosítjuk, hogy az üzmszrűn fszültség alatt nm álló, d mgérinthtő fém alkatrészit gy védőföldléshz (R v ) kötjük. Ezzl biztosítani lht, hogy a mgérinthtő alkatrészk hibátlan állapotban a környztükhöz képst nm lsznk potnciálon, így a géppl biztonságosan lht dolgozni.
Mgváltoznak a viszonyok, ha a gép gyik fázisának mghibásodik a szigtlés és a fázisvztő hozzá ér a mgérinthtő, d a lföldlt alkatrészhz. Az 5. ábrán a vastag vonallal mgjlölt zárt körbn a fogyasztó névlgs áramánál jóval nagyobb zárlati áram jön létr. A létrjövő áramot a fázisfszültség és a kör ohmos llnállásainak viszonya fogja mghatározni. (a kör raktanciáit z stbn l lht hanyagolni). Milyn llnállásokat lht bbn az áramkörbn figylmb vnni a) a hozzávztés llnállását R F, b) a védőföldlés széttrjdési llnállását R v, c) a transzformátor csillagponti földlésénk, az üzmi földlésnk a széttrjdési llnállását R ü, d) a talaj és gyéb, nm ismrt llnállásokat R gyéb, Ezkkl az llnállásokkal fl lht már a tstzárlatos kör hlyttsítő vázlatát rajzolni. (6. ábra) Ránézéssl könnyn blátható, hogy a védőföldlés két sarka között fllépő fszültség különbség, a hibafszültség, H az alábbi összfüggés sgítségévl határozható mg ahol H = I Z Rv = F R V ΣR F a fázisfszültség H a hibafszültség, amly a mghibásodás folytán fszültség alá krült tst és a végtln távoli földpotnciálú hly között fllépő fszültség. Σ R a körbn lévő valamnnyi soros llnállás Ha zt a tstzárlatos gépt mgérinti, vagy mgfogja valaki, akkor a 7. ábrának mgfllő szituáció jön létr. Tstévl tulajdonképpn a védőföldlésn létrjött fszültségt hidalja át. A hlyttsítő vázlatunkban zt az stt a 8. ábra szrint lht figylmb vnni, amlyb brajzoltuk az mbri tst llnállását jlképző R llnállást, valamint gy vl sorba kötött további llnállást, amly az mbri tst és a környzt közötti llnállást vszi figylmb (R 1). Ez az llnállás a lgáltalánosabb stbn az ún. talpponti llnállás, amly például a padozat minőségét (száraz, ndvs, vztő, nm vztő stb.) valamint a lábbli minőségét vszi figylmb. D z az llnállás lht például gy gumi védőksztyű llnállása is vagy bármi, ami az mbri tstt a földtől lszigtli. A 8. ábra szrint az mbri tstn átfolyó áram értékét a kövtkző módon lht mghatározni, azzal a mindig fnnálló fltétlll, hogy I z >> I. I = R + H R 1 azaz az mbri tstn átfolyó áram nagyságát a hibafszültség és az mbri tst llnállása a talpponti llnállással gyütt határozza mg. Az lőzőkbn kifjttt okok miatt nm az áramot, hanm a fszültségt kll mghatározni, z pdig így írható fl
= I R = H R R + R 1 ahol a tstzárlatos gép mgérintés stén az mbrr jutó fszültség H a védőföldlésn lévő fszültségsés, vagy hibafszültség látható, hogy ha R 1 0, vagyis az mbr nincs közvtln kapcsolatban a földpotnciálú hllyl, akkor < H, vagyis a talpponti llnállás csökknti az mbri tstr jutó fszültség nagyságát. Ez a csökkntés ign nagy talpponti llnállás stén olyan mértékű lht, hogy az mbrr lhanyagolhatóan kicsi fszültség jut. Ezt a hatást az érintésvédlm bizonyos módszrinél tudatosan ki is használjuk és élünk a lhtőséggl. Más stbn azonban a talpponti llnállás érték rndkívül bizonytalan és változó lht (pl. gy száraz padozatú hlyiség takarítás kövtkztébn átndvsdik, vagy a géphz nyúló szmély átázott cipőbn van stb.) Ezért az érintésvédlm a talpponti llnállás értékét a biztonság irányában való ltérés érdkébn mindig R 1 = 0 értékkl vszi figylmb. Kivév, ha az érintésvédlmt éppn a nagy talpponti llnállásra alapozzuk. Ha a talpponti llnállást lhanyagoljuk, akkor az mbri tstr jutó fszültség azonos lsz a védőföldlésn fllépő fszültségséssl, azaz = H = I z R v thát az érintési fszültségt z stbn a védőföldlés széttrjdési llnállásának és a rajta folyó áramnak szorzatával dfiniáljuk. A hibafszültség áthidalásának gyik st és a blől származó áramütés thát a fntik szrint értlmzhtő. A hibafszültség áthidalásának más lvi st is lhtségs. Ez főlg akkor fordul lő, ha gy mbr által gyidjűlg mgérinthtő két olyan villamos fogyasztó van, amlyk más-más fázisban hibásodtak mg (9. ábra). Ez stbn a két gépt mgérintő nm a fázis, hanm a vonali fszültségt hidalja át, amly súlyosabb balstt okozhat. 5.4. Lépésfszültség áthidalása Az lőző fjztbn szó volt arról, hogy a talaj, mint vztő a rndkívül nagy krsztmtszt kövtkztébn lhanyagolható llnállású. Ez a fltétlzés csak a földlő rndszrtől távoli pontokon tljsül. A földlők közvtln közlébn már nm, hiszn a földlőt végs krsztmtsztű talaj övzi, ugyanakkor itt a lgnagyobb az áramsűrűség is. Ezért gy árammal trhlt földlő környztébn a talaj potnciálja pontról pontra más lsz. Ha zn a trültn mbr vagy állat közlkdik, akkor a lábai által áthidalt pontok közötti potnciálkülönbség okozhat áramütést. A viszonyokat a 10. ábra tüntti fl. Lépésfszültség ( l ) az a fszültség, amly lépés közbn a talajt érintő lábak között, a talajban folyó földzárlati áram hatására fllép. Kisfszültségű hálózaton, ha az érintésvédlm gyébként hlysn van mértzv és kialakítva, akkor vszélys lépésfszültség nm kltkzik. Nagyfszültségű hálózatoknál, ahol a földzárlati áramok is jóval nagyobbak, már komoly vszélyt jlntht a lépésfszültség kialakulása, különösn ott, ahol nm szigtlő anyagból készült hosszabb tárgyakat mbri rővl szállítanak, vagy rakodnak. Ezkn a hlykn a lépésfszültség okozta balst lln is védkzni kll.
A lépésfszültség fogalmának mgismrés kapcsán láttuk, hogy a földlő közlébn a talaj potnciálja mrdkn változik, míg távolabb sokkal kisbb mértékbn. Vizsgáljuk mg zkt a viszonyokat két olyan földlő stén, amlykn áramot hajtunk át. (11.a. ábra) Ha gy voltmérővl mgmérjük a talaj potnciálját, pl. az A jlű földlőhöz képst akkor a 11.b. ábrán látható fszültséglosztást kapjuk a két földlő között. A földlők közlébn a potnciál mrdkn változik, a közbnső talajon alig. Ezt már a lépésfszültség tárgyalásakor is láttuk, d itt most az érintésvédlm szmpontjai szrint vizsgáljuk mg zt a kérdést. Tétlzzük fl, hogy az A jlű földlő a mghibásodás során potnciál alá krült villamos géphz csatlakozik. Kérés most az, hogy a gépt mgérintő szmélyr mkkora érintési fszültség jut. Azt már láttuk, hogy a hibafszültség H = A = I.R A értékű lsz. Kérdés, hogy az érintési fszültségt bfolyásolja- a gépt érintő szmély lhlyzkdés. A vizsgálathoz továbbra is tartsuk mg azt a korábbi fltétlzést, hogy a talpponti llnállás nulla értékű. Egyszrűn blátható, hogy ha a gépt érintő szmély pontosan a földlőn áll, akkor rá potnciál nm jut =0, és minél távolabb hlyzkdik l a földlőtől, d még a másik földlő potnciál tölcséréb nm blépv, az érintési fszültség annál inkább mgközlíti a hibafszültség értékét. Ezért a további számításokban kihasználva az st adta biztonságot mindig fltétlzni fogjuk, hogy a mghibásodott gépt érintő szmély nm a földlő közlébn van, hanm attól lgndő távol ahhoz, hogy = H értékkl lhssn számolni. A mi szmpontunkból a potnciál loszlásnak azt a szakaszát, ahol az már csak ign cskély mértékbn változik a végtln távoli pontnak tkintjük. Ez a pont a gyakorlatban gyszrű földlőnél nincs nagyobb távolságban 2-5 m-nél. Ha a talaj fajlagos llnállása kicsi, úgy távolabb krül, míg rossz talaj, thát nagy fajlagos llnállás stén közlbb. Sokszor érdks lht a földtől számított potnciál értékénk a mghatározása is. Ehhz használjuk fl az lmélti villamosságtanból a félgömb földlőkr vonatkozó ismrtkt és annak alapján írjuk fl az R A földlő llnállást úgy mintha az félgömb földlő lnn. ρ R A = 2πr ρ a talaj fajlagos llnállása [ohm m] r a félgömb földlő sugara [m] A félgömb földlőn ha I áram folyik a talajba, akkor a földlő közlébn a talaj potnciálja az alábbi összfüggéssl fjzhtő ki x = A x r = I RA x r =I ρ 2πx ahol x a földtől x távolságban mért potnciál [V] r a félgömb földlő sugara [m] x a földlőtől mért távolság [m] ρ a talaj fajlagos llnállása [ohm.m] I a földlőn átfolyó áram [A] R A a földlő széttrjdési llnállása.
Az itt közölt összfüggés trmésztsn csak x>r értékr ad hlys rdményt. A félgömb földlő sugarának mghatározása az ρ r = 2πR A összfüggésből számítható. A közölt összfüggésk csak x r stén alkalmazhatók. 6.1. Az érintésvédlm lvi alapja A 4. fjztbn mgtudtuk, hogy a magyar lőírások szrint csupán a limitfszültségnél nm nagyobb fszültség juthat az mbri tstr. Ez a fszültség súlyos, d még nm éltvszélys balstt képs okozni. Nm bszéltünk azonban még arról, hogy milyn ljárást kll kövtni, ha valamly hlyn az érintési fszültség mghaladja a limitfszültség értékét. Vgyük szmr a 6. ábrán látható hlyttsítő vázlatot és próbáljuk mghatározni az ott fllépő érintési fszültség nagyságát. Ezt a körbn szrplő három llnállás viszonya határozza mg. A hozzávztés llnállása (R F ) bbn a rndszrbn lhanyagolható, thát R F = 0. Az üzmi földlés llnállását (R ü ) az áramszolgáltató kötls minél kisbb értékűr készítni. Érték általában 2 ohm alatt szokott lnni. A védőföldlést (R v ) a gép, brndzés üzmbntartójának kll készítni és az a tapasztalat szrint 10-20 ohm szokott lnni. Ennél kisbb széttrjdési llnállással rndlkző földlést különlgs módszrkkl lht készítni. Így az érintési fszültség pl. RV 10 = f = 220 = 183 R + R 10 + 2 V Ü V lsz. Ha thát gy ilyn rndszrbn tstzárlat kltkzik, akkor a gép burkolatán olyan nagy érintési fszültség jön létr, amly mghaladja a mgngdtt limitfszültség értékét és súlyos, halálos balst lőidézőj lht. Ennk mgakadályozása érdkébn a Szabvány nmcsak az érintési fszültség nagyságát határozza mg, hanm lőírja, hogyha valamly hlyn az érintési fszültség nagyobb a mgngdttnél, akkor azt a gépt, készülékt mghatározott időn blül, önműködőn l kll kapcsolni a táphálózatról. Ez az lőírás a kövtkzőképpn fogalmazható mg. Az ún. védővztős érintésvédlmnk önműködőn és gyorsan ki kll kapcsolniuk mindn olyan tstzárlatot, amly a mgngdtt limitfszültségnél ( L ) nagyobb érintési fszültségt okoz. Mégpdig a hordozható vagy üzmközbn áthlyzhtő fogyasztókészülékkt tápláló végponti áramkörök érintésvédlmi kikapcsolásának késllttés nélkül (általában 0,2 s alatt) kll működni. Ebb a katgóriába tartoznak általában a csatlakozó aljzatok és hozzájuk tartozó fogyasztó készülékk (pl. vasaló, főzőlap, stb.). Mindn gyéb (pl. csak rögzíttt fogyasztókészülékk, gyéb villamos szrkztk érintésvédlmi kikapcsolását végző) érintésvédlmi kikapcsolószrv működését szlktivitási vagy üzmi szükség stén lgfljbb 5 s időtartamra szabad késllttni Ezk az lőírások thát azt jlntik, hogy ha valahol nm biztosítható az érintési fszültségnk a limitértéknél kisbb érték, ott önműködőn lkapcsolásról kll gondoskodni. A lkapcsolási idő hordozható készülékk stén 0,2 s-nál gyéb fogyasztóknál nagyobb nm lht.
6.2. Az érintésvédlm szükségsség Érintésvédlmml l kll látni mindn olyan rősáramú villamos szrkztt, amly rősáramú táplálását (villamos vagy mágnss kapcsolaton át) más villamos szrkzttől kapja. Gyngáramú (híradástchnikai brndzésk érintésvédlmér, blértv a bépíttt tápgységt, külön szabvány tartalmaz lőírásokat (MSZ 91). E szabvány azonban nmhogy ngdménykt tnn, hanm még szigorít is, és a közhasználatú, hálózati, lktronikus készülékk érintésvédlmét visszautalja az MSZ 172 Érintésvédlmi szabályzat hatálya alá. Kimondja gybk között ugyanis: A közhasználatú, hálózati, lktronikus készülékk érintésvédlmét az ún. I. vagy II. érintésvédlmi osztály kövtlményink mgfllőn kll mgvalósítani. Az olyan gyrmkjátékok stén, amlykt a gyrmk flügylt nélkül használhat, érintésvédlmi módként lgfljbb 25 V névlgs értékű érintésvédlmi törpfszültségt kll alkalmazni. Fodrászati, kozmtikai vagy szakképsítés nélkül is kzlhtő brndzésk stén azoknak a részknk az érintésvédlmét, amlyk a kzlt szmély tstévl rndlttésszrűn érintkzésb krülnk, lgfljbb 25 V-os névlgs értékű törpfszültség alkalmazásával vagy a villamos szrkzt lszigtlésévl vagy védőlválasztással kll mgoldani. 6.3. Az érintésvédlm módszri Az érintésvédlm alkalmazott módszrit két csoportba szokták sorolni. Az gyik csoportba az ún. aktív érintésvédlmi módszrk tartoznak, amlykt az jllmz, hogy ha az érintési fszültség mghaladja a mgngdtt értékt, akkor önműködőn, az lőírt időn blül lkapcsolja a mghibásodott készülékt. A másik csoportba az ún. passzív érintésvédlmi módszrk tartoznak, amlyknk jllmzőj, hogy az érintési fszültségt mindig vszélytln értékn tartják, thát lkapcsolás nm szükségs. Aktív érintésvédlmi módszrk - - jl - védőföldléss jl VF - nullázás N - gynpotnciálra hozás EPH - áramvédő kapcsolás ÁVK. Passzív érintésvédlmi módszrk - kttős szigtlés KSZ - törpfszültség TF - védőlválasztás VE 6.4. Érintésvédlmi osztályozás A hazai gyakorlatban bvztésr krült gy olyan osztályozási rndszr, amly utalást ad az érintésvédlm mgvalósításának módjára. Ezk az osztályok nm jlntnk rangsorolást, csupán jlzik a készülékn alkalmazott érintésvédlm módját.
- 0. érintésvédlmi osztály. Ezknél a gyártmányoknál az áramütés llni védlm az alapszigtlésn alapul. Az üzmi szigtlés mghibásodása stén a védlm a környztr hárul. Ilynk pl. az íróasztallámpák. - I. érintésvédlmi osztály. Itt az áramütés llni védlm nm csak az alapszigtlésn alapul, hanm járulékos biztonsági óvintézkdést is alkalmaznak olyan módon, hogy a gyártmány tst l van látva olyan szrkzttl, amlyhz a villamos hálózat védővztőj csatlakoztatható. Ezáltal nm krülhtnk tartósan vszélys fszültség alá. Csatlakozó vzték miatt I. érintésvédlmi osztály 0. érintésvédlmi osztály - II. érintésvédlmi osztály. Ezknél a gyártmányoknál az áramütés llni védlm nmcsak az alapszigtlésn alapul, hanm a gyártmányt kttős szigtléssl vagy mgrősíttt szigtléssl látják l és a gyártmány nincs llátva a védővztő csatlakoztatására szolgáló szrkzttl, így a védlm függtln a villamos hálózattól. Mgkülönbözttnk fémburkolatú és fémburkolat nélküli II. év. osztályú készülékkt is. Egy gyártmány akkor minősül fémburkolatúnak, ha az érinthtő fémrész 50x50 mm-nél nagyobb. - III. érintésvédlmi osztály. Ahol a gyártmány áramütés llni védlm érintésvédlmi törpfszültségű tápláláson alapul és amlybn nm állítanak lő a táplálásnál nagyobb fszültségt. - III. A érintésvédlmi osztály. Azok a gyártmányok tartoznak id, amlykbn sm a tápfszültség, sm a blső fszültségk nm haladják mg az 50 V-os váltakozó ill. 120 V gynfszültség értékkt. - III. B. érintésvédlmi osztály. Azok a gyártmányok tartoznak id, amlyknk sm névlgs tápfszültség, sm a bnn lőállított fszültség névlgs érték nm nagyobb váltakozó áram stén 25V, gynáram stén 60 V-nál. - III. C. érintésvédlmi osztály. Azok a gyártmányok tartoznak id, amlyknk sm a névlgs tápfszültség, sm a bnn lőállított névlgs érték nm nagyobb váltakozó áram stén 12 V, gynáram stén 30 V-nál. 2. Aktív érintésvédlmi módszrk 2.1. Védőföldlés (VF) A védőföldléss érintésvédlm lényg az, hogy a védndő gép, készülék fémburkolatát gy mgfllőn mértztt és lkészíttt földlőhöz csatlakoztatjuk (5. ábra). Ezt a hálózati rndszrt, amlybn a csillagpont mrvn földlt és a fogyasztók védőföldléssl vannak llátva TT rndszrűnk nvzik. Itt a T btű, a trr = közvtln földlés tényét jlöli. Az 5.3. és a 6.1. fjzt kapcsán már láttuk, hogy tstzárlat stén az érintési fszültség az RV = f RV + RÜ összfüggéssl határozható mg. Azt is láttuk, hogy az bbn a rndszrbn kialakuló érintési fszültség mindig nagyobb, mint a mgngdtt, thát önműködő lkapcsolásról kll gondoskodni. A lkapcsolást z stbn lláthatja a készülék áramköréb iktatott olvadóbiztosító, vagy túláramvédlm.
Az Érintésvédlmi Szabályzat lőírja, hogy gyszrű érintésvédlm alkalmazása stén 50 V érintési fszültség fölött 5 másodprcn blül l kll kapcsolni a hibás készülékt a hálózatról. Induljunk ki abból, hogy a készülék lkapcsolását az áramkörb iktatott olvadóbiztosító fogja lvégzni. Ezn a biztosítón az I z zárlati áram fog átfolyni és kiolvasztja. Ismrt dolog az olvadóbiztosítók kiolvadási karaktrisztikája az áram függvényébn (12. ábra). Látható, hogy csak gy mghatározott áramrősség fölött válik pillanatműködésűvé, z alatt a kiolvadási idő az átfolyó áramtól rősn függ. Mindnstr a jllggörbébn található gy olyan áram, amly a biztosítót 5 s alatt olvasztja ki. Ezt a tényt fl lht használni a mértzésr. A védőföldlés széttrjdési llnállásának értékét úgy kll mgválasztani, hogy azon az 5 s-hoz tartozó áram (I 5 ) éppn a mgngdtt érintési fszültségt, 50 V-ot hozza létr. Ezknél kisbb áram nyilván kisbb fszültségt hoz létr, amly korlátlan idig fnn állhat, a nagyobb áram ugyan nagyobb érintési fszültségt okoz, d az lőírt időn blül lkapcsolódik. (Ez a gondolatmnt értlmszrűn a túláramvédlmr is igaz, csupán ott a túláram rlé karaktrisztikájából kll kiindulni.) A most nyrt rdménynk van gy hibája, a biztosítóbtétknk nm ismrt az lőírt kiolvadási áramértékük, zért zkt az olvadóbtét névlgs áramával (I BN ) szokták gy szorzó (α) sgítségévl mgadni. I 5 = α I BN Az α szorzó ajánlott értéki: hordozható készülékk gyéb készülékk NOR olvadóbtétk stén - 2 Gyors olvadóbtétk stén - 3 Késlltttt olvadóbiztosíték stén - 4 Motorvédő jllgű ( típusú) 10 4 kismgszakító stén Egyéb kismgszakító stén 5 4 Tkintttl arra, hogy a biztosítóbtétk névlgs áramértékét a fogyasztókészülékk üzmi árama, indítási körülményi mgszabják, a számítandó mnnyiség a védőföldlés széttrjdési llnállása, azaz L RV ohm α I BN Trmésztsn, ha a védőföldlés adott, akkor az, ott mgfllő érintésvédlmml llátható készülék tljsítményét mghatározza, mrt a lgnagyobb névlgs áramú biztosítóbtét, amlyt még alkalmazni lht I BN R L. α V A fnti módszrrl mértztt védőföldléss érintésvédlm mindaddig mgbízhatóan működik, amíg valami a körbn mg nm változik. A földlési llnállás érték mgnő, mrt a talaj kiszáradt, vagy gyszrűn lszakadt a földlővztő. Vagy a számítottnál nagyobb értékű olvadóbtétt hlyztk a készülék lé, stlg a biztosítót mgpatkolták, vagy magát a
gépt nagyobbra csrélték. Ezért az időszakos flülvizsgálat és a változtatások kövtkzményénk számítása lngdhttln. Azok részér, akik a fntikt figylmsn átolvasták és mgérttték, nyilvánvaló, hogy minél nagyobb tljsítményű gépt akarunk védőföldléss érintésvédlmml llátni, annál kisbb széttrjdési llnállással rndlkző védőföldlést kll készítni. A széttrjdési llnállás csökkntésénk gyakorlati és gazdasági akadályai vannak. Ign kicsi széttrjdésű llnállással rndlkző földlés még sok földlő párhuzamos kapcsolásával sm valósítható mg. Ezért a védőföldléss érintésvédlmnk korlátai vannak. Általában 5kW fltti háromfázisú fogyasztót lht még így mgfllő érintésvédlmml llátni, nnél nagyobbat már nm. A védőföldlés llnállásának mindn határon történő csökkntés már azért sm lhtségs, mrt kkor a 6. ábra szrint a fszültség áttolódik a transzformátor csillagpontjában lvő üzmi földlésr és zzl a csillagpont potnciálja mlkdik mg. Ott, ahol sok fogyasztó védőföldléss érintésvédlmét kll mgvalósítani, nm lht mindn géphz gydi földlést készítni. Ezkn a hlykn kialakítanak gy sok földlőből álló rndszrt, zkt párhuzamosan kötik és hhz a földlő rndszrhz ún. földlőhálóhoz csatlakoztatják a védndő készülékt. 2.2. Nullázás (N) A védőföldléss rndszrnk az a hátránya, hogy a tstzárlatos kör zárlati áramát a földlési llnállások viszonylag nagy érték miatt nm lht ttszésszrinti nagyra növlni, hogy nagyáramú biztosítót is ki lhssn olvasztani vl. Ezért szab határt a védndő gép tljsítmény a védőföldlés alkalmazásának. A problémán úgy lht sgítni, ha a zárlati kört nm a földlésk alkotta hurokból, hanm fémsn alakítjuk ki. Ezért a védndő brndzés üzmszrűn fszültség alatt nm álló, d mgérinthtő vztőből készült alkatrészit mgfllő vztővl összkötjük a táptranszformátor csillagpontjával (13. ábra). Ez a nullázásos érintésvédlm lv. Ezt a hálózati rndszrt TN rndszrűnk nvzik, ahol a T btű ismét a csillagpont mrvn földlt voltára utal, míg az N btű azt jlnti, hogy a rndszr nullavztőj közvtlnül a védndő gép tstér van kötv. Tstzárlat alkalmával a vastagon húzott körbn alakul ki a zárlat, az így létrjövő áram azonban a féms kapcsolat miatt sokkal nagyobb, mint a védőföldléss rndszrbn, zért ign nagy tljsítményű fogyasztók lé kapcsolt biztosítók kiolvasztására is alkalmas. A tstzárlatkor kltkző áram ign nagy, rövidzárlat jllgű, mrt értékét csak a fázis és a nullavztőből alkotott hurok impdanciája, az ún. hurok impdancia (Z H ) határozza mg. A kör raktanciája általában nm hanyagolható l. Elhanyagolása csak az stbn lhtségs, ha z a zárlati áram számított értékét 10 %-nál nagyobb mértékbn nm hamisítja mg. Hogyan lht értlmzni a nullázásos érintésvédlmi rndszrbn az érintési fszültségt? Induljunk ki a 13. ábrán látható kapcsolási vázlatból. Ebbn a kapcsolásban gynlőr csak a transzformátor csillagpontjában van földlés, a fogyasztónál, vagy máshol nincs. Ha a fogyasztónál tstzárlat kltkzik, akkor a fázisvztő nullavztő körbn kialakul a zárlati áram, amly nm folyik át a csillagponti földlésn, zért a transzformátor csillagpontjának fszültség továbbra is földpotnciálon marad. A fázisfszültségt pdig a fázisvztő impdanciája és a nulla vztő impdanciája, mint gy fszültség osztó losztja a fázis-, illtv nullavztőr (14. ábra).
A nullavztő potnciálja a tstzárlatos gépnél 0 = I z Z 0, ahol a Z 0 a csillagponti és a zárlatos gép közötti nullavztő szakasz impdanciája. Tkintttl arra, hogy a tstzárlatos gép környzt föld, illtv nulla potnciálon van, a nullavztőn lévő fszültségsés gyúttal az érintési fszültség is, azaz = Z 0 f Z H ha a kör raktanciái lhanyagolhatók, akkor az érintési fszültség az ohmos llnállásokkal is mghatározható RO = f, R + R F O ahol R 0 a nullavztő ohmos llnállása R F a fázisvztő ohmos llnállása. A fnti összfüggésből blátható, hogy ha a nullavztő azonos anyagú és krsztmtsztű, mint a fázisvztő, akkor az érintési fszültség a fázisfszültség fl lsz. Ez a fszültség általában nagyobb, mint ami mgngdhtő, zért lkapcsolásról itt is gondoskodni kll. A lkapcsolás szköz lht itt is biztosítóbtét, vagy túláramvédlm. A számítás alapját az ún. biztos kikapcsolásra való mértzés képzi, vagyis a zárlati áramnak mindnképpn nagyobbnak kll lnni, mint a biztosító 5 s-os kiolvadási árama, azaz f α I BN I Z =. Z H A lírt módon lkészíttt nullázásos érintésvédlm lőny, hogy gyakorlatilag bármilyn nagytljsítményű fogyasztóhoz is alkalmazható, hiszn minél nagyobb tljsítményű a fogyasztó, annál nagyobb krsztmtsztű csatlakozóvztékr van szükség és z a hurokimpdancia értékét csökknti l olyan mértékbn, hogy a zárlati áram mindig többszörös a fogyasztó névlgs áramának, thát a biztosító kiolvasztásának a fltétl tljsül. A nullázásos érintésvédlm fnti lőnyén kívül számos tényző és szmpont van, amlytől ltkintni nm lht, sőt stnként hátrányként jlntkzik. Szmpontok a nullázásos érintésvédlm alkalmazásánál a.) A nullázásos érintésvédlm alkalmazásához lőztsn mg kll kérni az illtéks áramszolgáltató vállalat ngdélyét. Ennk az lőírásnak a magyarázata gyrészt az, hogy a nullázásos érintésvédlm alkalmazásának fltétléhz az áramszolgáltatóra bizonyos kötlzttségk hárulnak. Így pl. a táptranszformátornak üzmi földléssl kll rndlkzni, a vztékhálózat nullavztőjét rndszrs távolságokon mgfllő földléssl kll llátni, a táphálózaton mgfllő szakaszbiztosítókat kll lhlyzni, nnk ismrtébn mghatározza a fogyasztónál alkalmazható lgnagyobb névlgs áramú olvadóbiztosítót, vagy védlmt és azok jllgét stb. Az ngdélyzési kötlzttség másrészt azért áll, mrt gy táptranszformátorhoz csak gyazon típusú érintésvédlmt szabad alkalmazni. Egyidjűlg TT és TN rndszrű érintésvédlm nm alkalmazható. A
nullázásra (TN) való áttérés idjén 1 hónapnál hosszabb idig a TN és TT rndszr gyütts alkalmazása tilos. A vgys érintésvédlm vszélyét a 15. ábrán lht blátni. Itt gy nullázásos és gy földléss érintésvédlmml llátott fogyasztó van. Ha a földléss érintésvédlmml llátott fogyasztó mghibásodik, akkor csillagpont fszültségmlkdés a nullázás miatt mgjlnik a nullázott fogyasztó burkolatán is, és z mindnképpn balstvszélys. b.) A nullavztőb, valamint a nullavztőb olvadóbiztosítót, vagy kapcsolókészülékt építni tilos. Magyarázatul a 16. ábra szolgáljon. Ezn a nullavztő mg van szakítva. Ha gy ilyn hálózaton gy nullázott gép mghibásodik, akkor nm tud olyan nagy áram kialakulni, amly a készülék biztosítóját működttni tudná, zért a gép burkolatán az érintési fszültség, amly a fázisfszültséggl csaknm azonos korlátlan idig jln lht. gyanilyn hlyzt áll akkor is lő, ha a 16. ábrán fltüntttt módon bkapcsolnak gy gyfázisú fogyasztót. A fogyasztó ugyan nm fog működni, vagy csak ign korlátozott módon, d viszont az impdanciáján krsztül a nullavztőt fszültség alá hlyzi. Ezért a nullavztő szrlését is olyan gondosan kll végzni, hogy annak folytonossága smmilyn körülményk között n szakadhasson mg. Olyan kapcsolókészülék alkalmazása, amly a nullavztőt kényszrkapcsolat révén a fázisvztőkkl gyütt szakítja mg, mgngdtt. c.) A nullavztőt nm lgndő csak a transzformátor csillagpontjánál földlni, hanm a fogyasztók csatlakozásánál és a vztők végén is, valamint közcélú hálózaton 350 m-ként. A nullázásos érintésvédlm lvi alapjaiból kövtkzik, hogy valamnnyi védtt gép burkolata azonos potnciálon van. A nullavztő széthordja az érintési fszültségt és az mindn gépn mgjlnik. A nullavztő több ponton történő földlés csökknti az érintési fszültség nagyságát és gyúttal némilg véd a nullavztő szakadásakor fllépő problémák lln is, mrt kkor a rndszr átalakul földléss érintésvédlművé, amly ugyan nm lsz kilégítő, d még mindig jobb, mint a védlm tljs hiánya. A nullavztő több ponton történő földlésénk érintési fszültség csökkntő hatását a 18. ábrán lht kövtni. Itt két hlyn van földlés, a transzformátornál és magánál a fogyasztónál. Ezzl gy söntágat képztünk a nullavztővl párhuzamosan. A zárlati áram (I z ) a gépnél lágazik a nullavztő flé (I z ) és a föld flé (I f ). Ez stbn az érintési fszültség = I f.r v értékű lsz, amly kisbb, mint az gytln földlés stén számított = I f.r v A csökknés mérték a földlésk széttrjdési llnállásának függvény. d.) A vztékk rit csak a színjlölésüknk mgfllő célra lht használni. Mégpdig a fkt színű szigtlés világoskék színű szigtlés zöld/sárga színű szigtlés fázisvztő, nullavztő nullázó vztő.
Ezknk az lőírásoknak a mg nm tartása súlyos balstk forrása lht, mrt lőfordulhat, hogy a nullavztő hlytt a fázisvztőt kötik a védndő gép burkolatához, amlyn így a fázisfszültség tartósan mgjlnik. Ilyn hibából származó balstt lég sokat tart számon a statisztika, zért a vztők színjlzésér és a bkötés utáni llnőrzésr nagy gondot kll fordítani..) Csak földlt-csillagpontú hálózatokon szabad nullázásos érintésvédlmt alkalmazni. Nm alkalmazható a nullázásos érintésvédlm olyan rndszrbn, amlynk csillagpontja nincs mrvn földlv, hanm az a földtől szigtlt. Bányák földalatti létsítményibn és ign ritkán más hlykn használnak ún. szigtlt csillagpontú losztórndszrkt is. Ilyn hálózatokon nullázásos érintésvédlmt alkalmazni szigorúan tilos, mrt zkbn a rndszrkbn, ha a jlölt hlyn kltkzik b gy földzárlat, nm fog olyan áram kialakulni, amly a védlmt működttni tudná, ugyanakkor a csillagpont potnciálja fázisfszültségr krül. Vl gyütt fázisfszültségr krül a nullavztő is és a hozzákapcsolt valamnnyi gép burkolata is. Ez stbn thát a vszélys érintési fszültség mindnütt mgjlnik, és tartósan ott marad. 2.3. Egynpotnciálra hozott hálózati rndszr (EPH). Az gynpotnciálra hozás (EPH) a tstk és más vztőanyagú (nm villamos) szrkztk vztői összkötés azok azonos vagy közl azonos potnciálra hozása céljából. Ez lhtségs gy gynpotnciálra hozó hálózattal, gy épült vagy más nagyobb, körülhatárolt trült gynpotnciálra hozásával. Lht hlyi gynpotnciálú összkötéssl akkor, ha ott az érintésvédlm hatásosságát kívánjuk növlni, mrt a védőföldlés széttrjdési llnállásának csökkntését tchnikai okok miatt nm lht mgvalósítani. Földltln gynpotnciálra hozás önálló érintésvédlmi módszrként is alkalmazható. Ezk az érintésvédlmi módszrk hatásosságukat azáltal érik l, hogy az gynpotnciálra hozó hálózat sgítségévl mgakadályozzák gy épültn, gy létsítményn blüli potnciáli különbség kialakulását és zzl vszélys érintési fszültség áthidalását. Az gynpotnciálra hozó hálózatot úgy kll kialakítani, hogy mgfllő krsztmtsztű vztővl mindn fémtárgyat, üzmszrűn fszültség alatt nm álló fémszrkztt összkötünk gymással. Az EPH hálózatba mindn fémtárgyat b kll vonni, különösn, ha az több hlyiségt, több szintt összköt, mrt nm szabad lhtővé tnni, hogy az érintési fszültség olyan hlyn is mgjlnjn ahol az EPH hálózat nincs kialakítva. Az EPH rndszrbn a mértzést a nullázásnál mgismrt biztos kiolvadásra való módszrrl lht mgvalósítani, azaz f I Z = α I BN. Z H Ha földltln EPH rndszrt alkalmazunk, akkor a védlmt működttő zárlati áram nm fog kialakulni a zárt áramkör hiánya miatt, d nincs különösbb baj, mrt nm kll fltétlnül lkapcsolást létrhozni, mivl az gynpotnciál miatt érintési vszély nincs. 2.4. Áram védőkapcsolás (ÁKV). Közismrt tény, hogy gy háromfázisú szimmtrikus trhlésű fogyasztó által flvtt áramok vktorainak összg mindn időpillanatban 0. Ha azonban gysarkú földzárlat lép fl, akkor a szimmtrikus trhlő áramok mlltt fllépnk a zérussorrndű áramok is. Ezk összg sohasm nulla, hanm a hibás fázisban 3 I o.
Ezt a körülményt és fizikai jlnségt fl lht használni az érintésvédlm trültén is. Ha a védndő gép áramköréb gy zérussorrndű áramot érzéklő szrkztt kapcsolunk, akkor érzéklv a zérussorrndű áramot, lkapcsolást hoz létr. Az áram védőkapcsolás működését a 20. ábra mutatja. A védtt M készülék táplálására szolgáló vzték huzalai a T összgző transzformátoron haladnak át. Normális állapotban az átfűzött vztők grjsztésénk rdőj nulla, így nm indukálódik áram a szkundr tkrcsbn. Tstzárlat stén a zérussorrndű áramok grjsztik a vasmagot és a szkundr tkrcsbn áram indukálódik. Ez az áram működttni képs gy áramrlét, amly kikapcsolást hoz létr a védtt készülék táplálásánál. A P nyomógombbal a rlé működésképsség llnőrizhtő. A forgalomban lévő típusok már 0.03 A áram hatására is működésb tudnak lépni. Tkintttl arra, hogy a zérussorrndű áramok a földön krsztül záródnak a védndő gépn vagy földlést kll lhlyzni, vagy nullázni kll. A kttő gyüttsn is alkalmazható. A védlm hlys működéséhz mgkívánt földlési llnállás érték az alábbiak szrint számítható. L R F =, I ahol L a limitfszültség érték [V] I m az áram védőkapcsoló működttő árama [A]. m A védlm gy és háromfázisú fogyasztóknál gyaránt alkalmazható. Előnyi: - függtln a védtt gép tljsítményétől, - szlktív, csak a hibás gépt kapcsolja l, - gyors, működési idj 0,1 0,2 s, - földléss, vagy nullázott rndszrbn gyaránt használható, - a földlés értékévl, lhlyzésévl kapcsolatosan nincsnk különlgs igényk. Hátrányai: - nincsnk, lgfljbb az, hogy a krskdlmbn ritkán bszrzhtő. 3. Passzív érintésvédlmi módszrk. Mint korábban mgtárgyaltuk, zk az érintésvédlmi módszrk az érintési fszültségt olyan szintn tartják, hogy abból vszélys áramütéss balst nm fordulhat lő, zért a mghibásodott brndzés lkapcsolást nm igényl. 3.1. Kttős szigtlés (KSZ) A kttős szigtlés lvi mgoldását a 20. ábra mutatja. A védndő készülék az M jlű motor rndlkzik a saját mnt, ér stb. szigtlésévl, amly mindn hasonló villamos gépnk normális tartozéka. Ha z mghibásodik, akkor a motor burkolatán mgjlnik az érintési fszültség és balstvszély lhtségs. Ha azonban mgakadályozzuk azt, hogy hhz a géphz a kzlőj vagy bárki hozzáérhssn, akkor a balstvszélyt már mg is szüntttük. Ezt pdig úgy érhtjük l, hogy a.) a motort, készülékt olyan szigtlőanyagból készült tokba, burkolatba hlyzzük l, amly mgakadályozza a motor mgérintését. Ez a tok a második szigtlés.
b.) ha a burkolatot nm lht szigtlőanyagból készítni, hanm csak fémből, akkor a motor és a burkolat közé gy mindn villamos, mchanikai, hő stb. igénybvétlnk llnálló szigtlőanyagot kll építni, amly smmilyn körülményk között sm ngdi mg a motor és a fémburkolat közötti érintkzést. Itt z második szigtlés. Mind a szigtlőanyagú, mind a fémből készült burkolat, ház stén a csatlakozó vzték bvztésénél mgfllő robosztus átvztő szigtlőt és hajlítás gátlót kll alkalmazni, a házból való kivztésnél lévő élk okozta sérülésk lkrülésér. Mindkét mgoldásnak az a lényg, hogy az stlg mghibásodott gép mgérintését, mgakadályozza. Ilyn, kttősszigtlésű készülékk korlátlan idig üzmltthtők a blső szigtlésük mghibásodása után is. A kzlőr nm jlnt vszélyt. A lgtöbb kéziszrszám, háztartási gép ilyn érintésvédlmml krül forgalomba. Ezkt mgismrni a 22. ábrán látható nmztközi jlről lht. Tkintttl arra, hogy a kttős szigtlés mindn vszélyt kiküszöböl, az ilyn készülékkt lföldlni fölöslgs, sőt tilos. Tilos azért, mrt a földlés révén külső rdtű potnciál krülht a gép burkolatára, és z okozhat balstt. Ezk a kttős szigtléssl készült fogyasztókészülékk a II. érintésvédlmi osztályba tartoznak. 3.1. Törpfszültség (TF). Az érintésvédlmnk a lgkéznfkvőbb mgoldása az, ha az alkalmazott fszültség nm haladja mg a limitfszültség ( L ) nagyságát. Ennél balstvszéllyl lvbn nm kll számolni. Problémák azért itt is vannak. Először is tisztázni kll a törpfszültség nagyságát és lőállatási módját. Törpfszültségűnk nvzzük azt a brndzést, amlynk névlgs fszültség bármly két vztőj között 1000 Hz-nél nm nagyobb frkvnciájú, színusos váltakozó áram stén 50 v-nál, lgfljbb 10% hullámosságú gynáram stén 120 V-nál nm nagyobb és zkt az értékkt nm haladja mg a brndzés bármly vztőj és a föld között fllépő fszültség sm. (Váltakozó áram stén zk ffktív értékk.) Nm színusos (d áramirányt váltó) váltakozó áramok és 10 %-nál nagyobb hullámosságú gynáramok stén a mgngdtt lgnagyobb érték az adott trmékr vonatkozó állami szabványban mghatározott, 50 V és 120 V közötti érték, nnk hiányában a csúcsérték váltakozófszültség stén 71 V-nál, gynfszültség stén 120 V-nál nm lht nagyobb. A törpfszültség szintjénk mghatározása után, annak lőállítási módját is tisztázni kll. A törpszültség lőállításának módjától függőn mgkülönbözttünk a.) érintésvédlmi törpszültségt b.) üzmi törpfszültségt. Érintésvédlmi törpfszültség lőállítása történht: - biztonsági transzformátorral, amly transzformátor mgfll az MSZ 9229 szabvány kövtlményink (ilynk, pl. külön csévtstn lhlyztt primr és szkundr tkrcs, amlyk között a fszültség áthatolás kizárt, a tkrcsk közötti szigtlési llnállás lgalább 4 Mohm stb.), - olyan forgó-átalakítóval, amly lgt tsz a kttős szigtlésr lőírtaknak (galvanikus szétválasztás a táphálózat és a kifszültség rndszr között, szigtlési szint stb.),
- olyan önálló áramforrással, amly tljsn függtln a törpfszültségnél nagyobb fszültségű rndszrtől (pl. szárazlm, naplm, nm villamos hajtású gnrátor, akkumulátor tlp), - lktronikus fszültség-átalakítóval, amly a rájuk vonatkozó lőírás szrint mg van akadályozva, hogy kapcsaikon a törpfszültségnél nagyobb fszültség jlnjn mg. Ahhoz, hogy a törpfszültségű hálózat mindn tkinttbn mgflljn az érintésvédlmi lőírásoknak, nmcsak az itt közölt fszültség értékkt és azok lőállítási módját kll tljsítni, hanm még további fltétlkt is: - Az érintésvédlmi törpfszültségű rndszrbn nm szabad védővztőt alkalmazni. - Az érintésvédlmi törpfszültséggl táplált villamos szrkztk tstét nm szabad összkötni földdl, földléssl, gyéb fémszrkzttl, más villamos szrkztk tstévl, védővztőjévl. - Csak olyan dugaszolók és aljzatok használhatók, amlyk nm csatlakoztathatók nagyobb fszültségű hálózathoz, zk nm rndlkzhtnk védőérintkzővl (23. ábra). - A érintésvédlmi törpfszültségű hálózat vztékit a más fszültségű rndszrk vztékiről gondosan l kll választani. Ha a flsorolt fltétlk valamlyik is nm tljsül, a rndszr nm tkinthtő érintésvédlmi törpfszültségű rndszrnk, hanm lgfljbb üzmi törpfszültségű rndszrnk, vagy súlyosabb stbn annak sm. Az üzmi törpfszültségt nm érintésvédlmi célra állítják lő, hanm készülékk blső áramkörink táplálására (pl. szmélyi számítógép 9 V-os tápfszültség). Az itt alkalmazott fszültség szintj azonos az érintésvédlmi törpfszültség szintjévl. Üzmi törpfszültségnk nvzzük azt a brndzést, amlynk áramköri nincsnk a törpfszültségűnél nagyobb fszültségű üzmi vztőkkl féms kapcsolatban, d a törpfszültség lőállítása, losztása, illtv alkalmazása nm tljsíti az érintésvédlmi törpfszültségű hálózatra vonatkozó lőírásokat. Az lmondottak értlmébn sm érintésvédlmi, sm üzmi törpfszültség nm állítható lő olyan szrkzttl, amlybn a primr és a szkundr tkrcsk gymással féms (galvanikus) kapcsolatban vannak. Így nm lht alkalmazni autótranszformátort, mgcsapolt akkumulátor tlpt törpfszültség lőállítására. Az ilyn rndszrkt úgy kll kzlni, mintha a nagyobb fszültségű rndszr részi lnnénk és az érintésvédlmét a nagyobb fszültségr lőírt mgoldások szrint kll kialakítani. 3.3. Védőlválasztás (VE). A védőlválasztás lényg az, hogy olyan hálózati rndszrt hozzunk létr, amlynk táplálása mggyzik az érintésvédlmi törpfszültségű rndszrk táplálására mgngdtt módszrk valamlyikévl. Thát biztonsági transzformátor, biztonsági tápgység, a hálózattól függtln áramforrás. Az alkalmazható fszültségszint azonban 500 V-ig trjdht. A védőlválasztással kialakított rndszr thát olyan fszültség szinttl rndlkzik, amly vszélys áramütést okozhat, ha további fltétlt nm szabunk. Ezért kigészítésül még az alábbi fltétlkkl kll mgvalósítani - a lválasztott részn üzmi földlést tilos létsítni, és mg kll akadályozni, hogy a rndszrbn bárhol földlés lhssn,
- gondoskodni kll, hogy a védőlválasztást létrhozó transzformátor kéttkrcss ún. biztonsági transzformátor lgyn. - a transzformátor szkundr oldalára csak gytln fogyasztó csatlakozhat, amlynk vzték nm lht 10 m-nél hosszabb. Az ilyn rndszrbn (24. ábra) üzmltttt készülékk tstzárlata stén csak a vzték föld szórt kapacitások és a szigtlési llnállások által mghatározott áram folyhat át a tstzárlatos gépt mgérintő mbrn. A hálózat kis kitrjdés miatt z az áram csak µa nagyságrndű, thát tljsn vszélytln. 3.4. Elszigtlés Az 5.3 fjztbn szó volt arról, hogy a talpponti llnállás (R 1 ) értékénk milyn nagy szrp lht az érintési fszültség nagyságának kialakításában. Az ddig tárgyalt érintésvédlmi módszrknél a talpponti llnállás értékét mindig nullának tétlztük fl és lhanyagoltuk. Az lszigtlés mgnvzésű módszr lényg az, hogy az smmilyn körülményk között s csökknhssn l. Ilyn rndszrbn, ha gy gép tstzárlatos lsz, akkor a gépt mgérintő szmélyt nm érhti áramütés, mrt a végtln értékű talpponti llnállás miatt nm alakulhat ki zárt áramkör. Ezért bbn a rndszrbn is korlátlan idig állhat fnn gy gép tstzárlata, lkapcsolásáról nm kll intézkdni. Elvét és mgoldásait a 25. ábra mutatja. Lényg az, hogy a védndő gép környztét olyan mértű szigtlő padozattal (gumi, műanyag, fa stb.) vsszük körül, hogy a gép kzlőj még társa sgítségévl s tudja a gépt és valamilyn földpotnciálú hlyt gy idjűlg mgérintni. (25.a.ábra) Ha a gép közlébn földpotnciálú tárgyak (csövk, falak stb.) vannak, akkor azokat mgfllő szigtlő burkolattal kll llátni. (25.b.ábra) Ha gymás közlébn több gép van, akkor védkzni kll a kttős tstzárlat lln, mrt ha az gyik gép az a fázisban, a másik a b fázisban lsz tstzárlatos, akkor az gyszrr érintés súlyos balstt okoz. Ez lln való védkzésül a gépk burkolatát a 25.c. ábrának mgfllőn össz kll kötni. Az így kialakuló kétsarkú fáziszárlat árama működttni fogja a védlmkt, és a mghibásodott gépkt lkapcsolja a hálózatról. A gépkt összkötő vztékk krsztmtsztét a zárlat hatására kialakuló áramra kll mértzni, a gépk lőtt lévő biztosítót, védlmt pdig az így kialakított hurokimpdancia vonali fszültség ismrtébn az 3 f I BN. α RH összfüggéssl. 3.5. Elkrítés, burkolás Tljsn alárndlt hlyn ott, ahol a gépk tstét üzmközbn érintni nm kll és a karbantartási munkákra mgfllőn képztt szmély áll rndlkzésr, lgndő érintésvédlmt ad, ha az illtő gépt olyan krítéssl, burkolással vsszük körül, amly a véltln érintést mgakadályozza. A krítésnk, burkolásnak mgfllő szilárdságúnak, háló stén mgfllő sűrűnk kll lnni. A krítés, illtv burkolás csak mgfllő szrszámmal lgyn ltávolítható, ajtaját l kll lakatolni. Figylmzttő táblákkal kll llátni és magát a brndzést fszültség alatt állónak kll tkintni. Az lkrkíttt trültről káblk burkolatai, csövk, gyéb fém tárgyak érintési fszültségt nm hozhatnak ki.