Érintésvédelem részletesebben I.

Előző cikkünk az érintésvédelem alapjairól szólt. Most nézzük kicsit részletesebben.

Érintésvédelem

1. A feszültség vagy az áram a veszélyes?

Az emberi testen, ha az feszültség alatt lévő szigeteletlen vezetékkel vagy szerkezeti elemmel érintkezik, a föld felé kisebb-nagyobb áram folyik át. Ezt érezzük áramütésként. Az áramot a feszültség generálja, de az élettani hatás kizárólag az áram erősségétől függ. Ezen kívül meghatározó az áramütés időtartama, az áram frekvenciája és az, hogy az áram átfolyik-e a szíven, vagy elkerüli azt! Megemlítjük, hogy a frekvencia növekedésével az áram fokozottan kiszorul a test mélyebb rétegeiből. Az áramütés veszélyessége ezzel arányosan csökken. Elég nagy teljesítménynél nagy frekvencián az égető hatás válik egyre dominánsabbá.

  • 1mA alatt az áram alig érzékelhető, 1mA az érzékelési küszöb. 1-15 mA között egyre erősebb áramütést érzünk, de veszélyes következmények nélkül.
  • 15mA a görcsküszöb, az érintés pillanatában ca.15mA körüli értéknél a kezünk görcsbe rándul. Ha a vezetéket átfogtuk, a görcs miatt már nem tudjuk elengedni. 15-50mA-es áramütés rövid ideig elviselhető, hosszabb időtartam esetén öntudatvesztés léphet föl.
  • 50mA a veszélyküszöb. 50-100mA között az áramütés kimenetele halálos lehet. Ca.80mA-nél szívkamralebegés lép fel. Ha az áramütés időtartama meghaladja egy szívdobbanás időtartamát 100mA körüli értéknél beáll a „pillanatos” halál.

A testen átfolyó áram nagyságát a feszültség (általában 230V), az áramütésben érintett emberi test, valamint az un. talpponti ellenállás értéke határozza meg. A test ellenállása ˞1000 Ohm értékkel vehető figyelembe különböző számítások elvégzéséhez. Az európai, ill. magyar szabványok kellő mélységben részletezik az áramütés elleni védekezés tennivalóit. Alapvédelemként az áram által átjárt vezetőt szigetelni kell. Az alapvédelem, tehát a szigetelés meghibásodása esetén, ha a hibafeszültség meghaladja az érintési feszültség megengedett értékét, életbe lép a hibavédelem. Hibavédelem alatt olyan földelési rendszert értünk, ahol a kisfeszültségű hálózat nullavezetéke és a földelő szondák sokasága meghatározott módon össze van kötve. Kiegészítő védelemként hazánkban is elterjedt, bizonyos helyeken a szabványban kötelezően előírva, az áram-védőkapcsoló. Ezeknek részletezését következő fejezetek tartalmazzák.

 

2. Egy kis kitérő

Mit okoz az áram a vezetékkel? Természetesen melegíti. Egy adott vezeték a nagyobb áram hatására jobban felmelegedik, azaz magasabb hőmérsékleten áll be a termikus egyensúly. Az így keletkező hőmennyiséget az alábbi képlet írja le:

                                                           W = I2 *R*t

Ahol I: az áram; R: a vezeték ellenállása; t: a vizsgált időtartam. Tehát a fogyasztás növekedésével négyzetesen (I2) növekszik a keletkezett hőmennyiség. A vezeték szigetelése többnyire PVC. Ez az anyag 70°C fokig melegedhet károsodás nélkül. Így, ha a környezeti hőmérséklet 30°C-os a vezeték hőmérséklete már csak 40°C-al növekedhet.

A tervezés során a vezeték keresztmetszetét, a különböző kábelfektetési módok figyelembe vételével úgy határozzák meg, hogy normál üzemelési feltételek mellett a szigetelés minősége élettartama során nem fog változni..

Mi történik, ha a vezetéket túlterheljük? A túlterhelés nagyságától és időtartamától függően a szigetelési képesség rohamosan csökken, végül meg is szűnik. A védelem a nagyobb terhelő áramot rövidebb a kisebbet hosszabb késleltetéssel kikapcsolja.

Mi a helyzet zárlat esetén? A zárlat nagyságrendekkel nagyobb a túlterhelés áramánál. A védelem azonnal működésbe lép. Mekkora is ez az „azonnal”? A fizikából jól ismert képlet segít ennek meghatározásában.  ∆T hőmérsékletnövekedés hatására az adott fajhőjű (c) és tömegű (m = V*ɣ = A* ℓ *ɣ) anyag a fizikai jellemzők által meghatározott hőmennyiséget tud fölvenni. A zárlat során un. adiabatikus folyamat játszódik le. A védelem olyan gyorsan szünteti meg a zárlati áramot, hogy nincs idő hőátadásra a környezet felé. A zárlati áram energiája teljes egészében a vezetéket melegíti. Így az alábbi egyenlőséget kapjuk:

                                                           I2 *R*t = c*m*∆T= c*A*ℓ* ɣ*∆T

                                                                                        V*ɣ=m


Anélkül, hogy az egyenletünket tovább bontanánk belátható, hogy a látszatra bonyolult kifejezés sok eleme ismert. Ismert a vezeték fajhője (c), szigetelésének megengedhető hőmérsékletnövekedése (∆T), a vezeték fajsúlya (ɣ), fajlagos ellenállása (σ). Ezek egy állandóba (k) összevonhatók. Az egyenlet mindkét oldalán szerepel a hossz () ( az ellenállás R= σ*ℓ/A), így az kiesik. Ezeket figyelembe véve az alábbi egyszerű képletet adódik:

                                                           I2 *t = k2*A2

Ha azt a keressük, hogy mennyi idő alatt kell kioldania a védelemnek adott zárlati áram esetén a képletet át kell rendezni:
              
                                                           t = k2 *A2 / I2                                        

A (k) állandó értéke PVC szigetelés esetén 115. Ez a képlet tehát elvileg számításokat tesz lehetővé kapcsolási idők, szelektivitások vizsgálatához. Azért elvileg, mert a gyakorlatban a védelmi készülékek gyártója által publikált jelleggörbékből és táblázatokból vonjuk le következtetéseinket. Kis kitérőnk után, következő cikkünkben, visszatérhetünk eredeti témánkhoz az érintésvédelem kérdéseihez.
Tartalomhoz tartozó címkék: hír
Kártyás fizetés szolgáltatója

Kártyás fizetés szolgáltatója
Kártyás fizetés szolgáltatója