MUNKAVÉDELEM
1.1 2.5
Az átíveléses zárlat veszélyei Biztonsági ajánlások a tervezéshez és a karbantartáshoz Tárgyszavak: ívkisülés; zárlati áram; egészségi hatás; karbantartás; munkavédelem.
Erősáramú rendszerek karbantartásakor az egyik legsúlyosabb problémát az átíveléses zárlat jelenti. A nagy intenzitású ívkisülés gyakorlatilag a villámcsapással egyenértékű sérülést okozhat. Az ívkisülés hatása az áramintenzitással arányosan fokozódik. Érthető tehát, hogy már a tervezés fázisában gondolkodni kell a zárlati áramerősség korlátozásáról, a védelem megtervezéséről. A karbantartó személyzet védőruházatának megválasztása a karbantartás irányítóinak egyik elsőrendű feladata. Az utóbbi években jelentős eredményeket értek el a villamos berendezéseket karbantartó személyzet biztonságát veszélyeztető átíveléses zárlatok elleni védekezésben. A védekezés fontosságát jelzi, hogy évente több személy sérülését és halálát okozza a feszültség alatt álló berendezések kezelése és karbantartása. Rendkívül fontos annak ismertetése az érintettekkel, milyen veszélyt jelent a nyitott ívzárlat. Az USA-ban az IEEE munkavédelmi bizottságot hozott létre a veszélyek tudatosítására. (A munkacsoport tagjai: egy orvos, villamos balesetek égési sérüléseinek szakértője; két szaktanácsadó; négy petrolkémiai mérnök; négy mérnök, erősáramú berendezések szakértői). Nagyfeszültségű erősáramú laboratóriumokban végzett kísérletek és esettanulmányok alapján vizsgálták és elemezték a veszély csökkentésének lehetőségeit. Az átíveléses zárlatok kialakulását számos tényező befolyásolhatja. A következmények elméleti előrejelzése eléggé bizonytalan. Az esettanulmányok alapján azonban számos hasznos megállapításra nyílt lehetőség a védelem hatékonyságának növelése érdekében. Az átíveléses zárlat veszélyei Az átíveléses zárlat a dolgozó súlyos sérülését, akár halálát is okozhatja. Az ívzárlat kezdetén, igen rövid idő alatt, óriási energia szabadulhat fel: a fémes vezető anyagok elpárologhatnak, ennek következtében forró fémgőzök és forró fém freccsenhet szét, nagy erővel. A hőenergia hatására a dolgozók szabad bőrfelületein égési sérülés keletkezhet, vagy ruhadarabjaik meggyullad-
hatnak. A levegő gyors felhevülése és a fém elgőzölgése igen hangos robbanással és nagy nyomással megy végbe. Beszakadhat a dobhártya, a tüdőre nagy nyomás nehezedhet és az erőhatás hátrataszítja a dolgozókat. Az átíveléses zárlat esetében nagy áramerősség halad át a levegőn. Általában az érintkezők anyaga, legtöbbször réz gőzölög el. Az ívkisülés hőmérséklete az ív talppontján négyszeresen meghaladhatja a Nap felszíni hőmérsékletét. Az ívzárlat által létesített nyomás robbanásjellegű. A nyomást a fém elgőzölgése által kiváltott tágulás és az ív által felhevült levegő idézi elő. A vörösréz gőze szilárd halmazállapotának 67 000-szeresére tágul. Így például 16,39 cm3 réz elgőzölgésekor 1098 m3 rézgőz keletkezik. A fém elgőzölgése és a környező levegő felhevülése által létesített nagy nyomás idézi elő a gyors robbanást. Ilyen baleseteknél a lökéshullám dolgozókat lökött le a létráról és keresztüldobott a helyiségen. Az átíveléses zárlat nagy robbanási nyomásának egyik mérséklő hatása, hogy a dolgozó rövidebb ideig van kitéve az átívelési hőmérséklet hatásának. Viszont súlyos veszélyt jelent, hogy a fém és a levegő robbanása következtében az átívelési ponttól fémolvadék és törmelék vágódik szét a környezetbe. Az IEEE széles körű kísérletei során többek között kimutatta, hogy az átívelési hőmérséklet és nyomás mért adatai szerint, a túláramvédő eszközök nemcsak az áramköri elemek meghibásodását, hanem az exponált személyek sérüléseinek súlyosságát is képesek korlátozni. Egy kísérletsorozat során, vizsgálócellában modelleken tanulmányozták különböző átíveléses robbanásos meghibásodások hatását. Különböző áramköri elemek felhasználásával, szabályozott körülmények között hoztak létre átíveléses meghibásodásokat. Próbabábukon ellenőrizték ezek következményeit. A mérőeszközöket a próbabábuk testének különböző pontjain rögzítették, és további detektorokkal is ellenőrizték a cella egyes pontjaiban a hőmérsékletet, decibelben a hangnyomást és a légnyomást. Az eredményeket értékelték és összehasonlították olyan vizsgálatok eredményeivel, amikor meghatározták, hogy az egyes paraméterek milyen hatással vannak az emberi szervezetre. Megállapították pl., hogy az ember bőrét 0,1 s-ig 96 °C fölötti hőmérsékletnek kitéve a bőrszövet teljesen roncsolódik (nem gyógyuló égési seb), de 80 °C alatti hőmérséklet 0,1 s-ig tartó hatása után a bőr begyógyulhat. Az átíveléses zárlatot kísérő robbanási nyomás következtében sérülhet a dobhártya, a tüdő, az agy és a központi idegrendszer. Amennyiben a túlnyomás 400 ms alatt 720 lbf/ft2∗ értékkel növekszik, akkor ez a dobhártya repedését váltja ki. 1728–2160 lbf/ft2 túlnyomásemelkedés a tüdőt károsítja. Az átíveléses zárlat következtében fellépő robbanás által a dolgozó testére gyakorolt teljes erőhatás attól függ, hogy a testfelület mekkora része volt kitéve a lökőhullámnak. Ha például a felsőtest kb. 3 ft2 nagyságú felülete 500 ∗
2
1 lbf/ft = 4,882 kg/m
2
lbf/ft2 robbanási nyomásnak van kitéve, akkor a teljes testre gyakorolt erőhatás 1500 lbs lesz. Hogy ez milyen egészségügyi következménnyel jár, a dolgozó helyzetétől függ. Minden valószínűség szerint, aki a talajszinten áll, az kevésbé van veszélyeztetve, mint aki egy létrán. Az utóbbi esetben az esés következményeivel is számolni kell. Modellkísérletek Egy kísérletsorozat alkalmával különböző körülmények között vizsgálták az átíveléses zárlat következményeit és a veszélyek csökkentésének lehetőségeit. Az alábbiak azokról a kísérletekről számolnak be, amelyek lehetővé teszik a hőmérséklet, a nyomás és a hangnyomás dolgozóra gyakorolt hatásának értékelését. Ezenkívül, rámutattak arra, hogy túláramvédelmi eszközökkel hogyan lehet módosítani a következményeket (4., 3. és 1. számú kísérletek).
4.sz. kísérlet 480 V-os háromfázisú áramkör 22,6 kA-es szimmetrikus hibaárama
az áramkörmegszakító nem működött (vizsgálatnál hat ciklus után működött)
12 ciklus késleltetéssel működő, 1600 A-re terhelhető, 640 A-re érzékeny
a 30 A-es biztosítóbetét vonal felőli oldalán kezdeményezett hiba
30 A-es RK1 típusú áramkorlátozó biztosító
1-es méretű indítókapcsoló
1. ábra A 4. sz. kísérlet vonalas vázlata
Az 1. ábra egy kombinált motorkapcsoló 600 A-es tápvezetékének vizsgálati körülményeit jellemzi. Ennél a 4. sz. kísérletnél a hibaáram 22 600 A. Az áramköri megszakító 640 A-re volt állítva, 12 ciklusú késleltetéssel. A kísérleti laboratórium azonban hat ciklus után megszakít, mintha a megszakító rövidített, hat ciklusnak megfelelő késleltetésre volna beállítva. A hiba kezdeményezése a motorleágazási áramkört védő 30 A-es UL RK1 osztályú olvadóbetétnél történt. Ez annak az esetnek felel meg, amikor a dolgozó a leágazó áramkör kombinált kapcsolójának oldalvezetékén idézne elő hibát, tehát a tápvezeték túláramvédelmi készüléke kell, hogy reagáljon. A kísérleti cellában lévő bábúra teljesen kihat az ívkisülés robbanása. A tőle egy-két méter távolságra lévő társára gyakorolt hatást tünteti fel a 2. ábra.
4.sz. kísérlet eredményei
hang 141,5 db A P1 T2
>2160 lbf/ft
>225 °C
2
T1
T3
>225 °C
50 °C
> a mérőműszeren leolvasott érték
2. ábra A 4. sz. kísérlet eredményei A méréssel meghatározott, 2160 lbf/ft2-nél nagyobb nyomás a dolgozó mellére több, mint 6000 fontsúly erőhatást gyakorol és ennek következtében a nagy erő hátralöki, károsítva tüdejét. Igen nagy a valószínűsége, hogy a dolgozó dobhártyája is károsodott volna. A kézen és a nyakon mért hőmérséklet meghaladta a 225 °C értéket a kézen és a nyakon súlyos égési sérüléseket okozva. Az ing alatt a mell hőmérséklete 50 °C volt, ami nem idéz elő semmiféle bőrsérülést. A 3. ábra a 3. sz. kísérlet vázlata. Az elrendezés megegyezik a 4. sz. kísérletével, azzal az eltéréssel, hogy 601-A, L osztályú olvadóbetét védi a tápvonalat. A hiba kezdeményezése ismét a 30-A leágazó áramköri
olvadóbetéteknél történik. A 3. sz. kísérletnél a 601-A L osztályú biztosítókapcsoló 1/4 cikluson belül megszakította az átívelést és korlátozta az áramot. A kísérleti eredményeket a 4. ábra tünteti fel.
3.sz. kísérlet 480 V-os háromfázisú áramkör 22,6 kA-es szimmetrikus hibaárama
az L osztályú biztosító 1/4 cikluson belül leválasztotta a hibahelyet
641 A-es, L osztályú áramkorlátozó biztosító
a 30 A-es biztosító vonal felőli oldalán kezdeményezett hiba
30 A-es RK-1 típusú áramkorlátozó biztosító
1-es méretű indítókapcsoló
3. ábra 3. sz. vizsgálat vonalvázlata A mellre gyakorolt nyomás 504 lbf/ft2 volt, ami az ott lévő személyt hátrataszította volna. A kézen a T1 ponton mért hőmérséklet 225 °C-nál nagyobb volt, ami súlyos égési sebet idézett volna elő. Azonban a nyakon (T2) a hőmérséklet 62 °C volt, ami nem jár együtt égési sérüléssel. Végeredményben a 601-A túláramkorlátozó védőkészülék nagymértékben korlátozta a károsodást, szemben a 4. sz. kísérlettel, ahol nem volt áramkorlátozó védőeszköz.
3.sz. kísérlet eredményei
hang 133 dbA P1 T2
504 lbf/ft
62 °C
2
T1 >175 °C
T3 nincs rá adat
> a mérőműszeren leolvasott érték
4. ábra A 3. sz. kísérlet eredményei Az 5. ábra az 1. sz. kísérletre vonatkozik. A 600-A tápvonal 30-A RK1 olvadóbiztosítóval ellátott kombinációs motorkapcsoló leágazó áramkör vázlata. A zárlati áram ismét 22,6 kA lehet. Ennél a kísérletnél az átíveléses zárlatot a kapcsoló terhelési oldalán kezdeményezték. A 30-A-es áramkorlátozó biztosíték 1/4 cikluson belül leválasztotta a hibát. A 6. ábra tünteti fel a bábún mért eredményeket. A modell kezei a készülékszekrényben, a hibahelynél voltak. Az átívelés zaja túl kevés volt ahhoz, hogy azt mérni lehessen. A mellre gyakorolt nyomás nem különbözött a normális környezeti értéktől. A nyakon (T2), az ívkisülés kiindulási pontja közelében lévő kézen (T1) és az ing alatt, a mellen (T3) sem különbözött a nyomás a környezetitől. Tehát a 30-A, RK1 olvadóbetét az átívelési zárlatot gyorsan megszakította és így korlátozta a felszabaduló energiát. A 601-A, L osztályú biztosító nem szakított meg, mivel a 30-A és a 601-A biztosítékok egymáshoz képest szelektíven koordináltak. Ezek a kísérletek azt bizonyítják, hogy az átíveléses zárlat személyekre gyakorolt hatását mennyiségileg lehet értékelni. Azt is igazolja, hogy a túláramvédő készülék típusa és áramterhelésre való méretezése hatással van arra, mennyire kockázatos a meghibásodás a dolgozóra. Arra is rámutat, hogy feszültség alatt lévő berendezéseken végzett munka esetében személyi védőeszközök alkalmazására van szükség.
1.sz. kísérlet 480 V-os háromfázisú áramkör 22,6 kA-es szimmetrikus hibaárama
az L osztályú biztosító nem szakított meg, a rendszer szelektív koordinálása miatt
30 A-es RK1 osztályú áramkorlátozó biztosítója ¼ cikluson belül leválasztotta a hibahelyet
601 A-es, L osztályú biztosító
a 30 A-es RK1 áramkorlátozó biztosító
1-es méretű indítókapcsoló a 30 A-es biztosító vonal felőli oldalán kezdeményezett hiba
5. ábra Az 1. sz. vizsgálat vonalvázlata A kísérletek következtetései A teljes kísérletsorozat eredményei alapján az alábbi következtetéseket lehetett levonni: 1. Mind a halálos kimenetelű, mind a túlélt villamos balesetek alapján arra lehet következtetni, hogy a munkahelyen bekövetkezett események túlnyomó része a munkafolyamatok és -módszerek következménye. Tehát indokolt a megfelelő munkamódszer alkalmazása és a hatékony képzés. 2. A személyi védőeszközök jelentős mértékben csökkenthetik az ívkisülés által okozott égések veszélyét. Ezek azonban csak minimális mértékben védenek a kivágódó törmeléktől és a kialakuló nyomástól.
1.sz. kísérlet eredményei
hang nem különbözik a környezettől T2 nem különbözik a környezettől T3
P1 nem különbözik a környezettől T1 nem különbözik a környezettől
nem különbözik a környezettől
6. ábra Az 1. sz. kísérlet eredményei 3. Hasznosak a berendezésen belül alkalmazott szigetelt sínezések. A szigetelt sínekkel végzett kísérletek folyamán az átíveléses zárlat helye átvándorolt a szigetelt sínszakaszra, ahol az ívkisülés kialudt, ezáltal jelentősen csökkentve az ívenergiát. 4. A kísérlet igazolta, hogy az egyfázisú hibákat nehezebb kezelni, mint a háromfázisúakat. 5. Az eredmények összhangban vannak azokkal a megfigyelésekkel, amelyek szerint a túláramkorlátozó készülékek csökkentik az átíveléses zárlat energiáját és károsító hatását. Számos hasonló kísérletet végeztek áramkorlátozó készülékek felhasználásával és azok nélkül. Minden esetben a túláramkorlátozó készülék jelentős mértékben csökkentette a kárt és az átíveléses zárlat energiáját. Különösen látványos volt, amikor egy motorvezérlő rendszer kapcsolószekrényében az alul elhelyezkedő becsatlakozásokra egy csavarkulcsot helyeztek. A kapcsolószekrényt feszültség alá helyezték, azonban az áramkört 601-A, L osztályú túláramkorlátozó készülékkel védték. A készülékajtó nem nyílt ki és mindhárom biztosító megszakította az áramkört. A sínezésen minimális ponthibákat észleltek, ahol a csavarkulccsal érintkeztek és a belépő szakasz egyik oldalán némi korom volt észlelhető. A kapcsolórendszert minden tisztítás vagy javítás nélkül ismét üzembe lehetett helyezni. Ezt a kísérletet megismételték abban a formában, hogy az áramkorlátozó biztosítót kiiktatták az áramkörből. A védelmet kizárólag egy 640
A-re állított erősáramú légkapcsolóval látták el. A csavarkulcsot ugyanúgy helyezték el, mint az előző kísérletnél. Ez alkalommal a meghibásodás hatására a kapcsolószekrény ajtaja kivágódott és a túláram teljesen tönkretette a motorvédő kapcsolórendszer felső szakaszát. 6. Az előírások, a szabványok és a technológiai utasítások nem védik eléggé a közelben lévőket az átíveléses zárlat veszélyeitől. A gyártóvállalatok nem javasolják, hogy a berendezést nyitott ajtóval helyezzék feszültség alá és az államilag engedélyezett vizsgálólaboratóriumok általában nem végeznek ellenőrző vizsgálatot nyitott készülékajtóval. Ennek ellenére, különböző okoknál fogva, nyitott ajtó esetén férnek hozzá a feszültség alatt álló berendezéshez. Helyes lenne, ha a szabvány nyitott ajtóval végzett ellenőrző vizsgálatot is tartalmazna, ami javítaná a védettség mértékének értékelését. Biztonságos munkavégzési távolság Az évek folyamán az átíveléses zárlatokkal kapcsolatos kockázatok biztonságosabb értékelésére elméleti számítási módszereket dolgoztak ki. Bizonyos haladást elértek már, bár az átíveléses zárlatok kockázati értékelése még eléggé gyermekcipőben jár. A bekövetkezett sérülésekre és halálesetekre való tekintettel olyan képleteket dolgoztak ki, amelyek segítségével meghatározható az esetleges ívkisülési helytől a biztonságos munkavégzési távolság. Ezeknek a képleteknek az alapján határozható meg, hogy milyen védőeszközöket kell hordania a dolgozónak, amikor a berendezéshez közelít. Meghatározták, hogy kb. 1 m távolságra az ívkisüléstől, a már nem gyógyuló égési sebet előidéző hőmérsékletű ívkisülés energiája 23 MW, a még gyógyuló seb esetében 17 MW. Megállapították, hogy a maximális ívkisülési energia a háromfázisú rendszer lehetséges meghibásodási energiájának 50%a. Ezért egy 46 MVA energiájú áramforrás ívkisülésének 0,1 s ideig tartó hatása, 1 m távolságról „gyógyíthatatlan égési sebet” okozhat. A 34 MVA energiájú áramforrástól 1 m távolságra 0,1 s-ig ható ívkisülés „éppen még gyógyuló” égési sebet okoz. A Lee által kidolgozott képlet szerint: Dc = (2,65 x MVAbf x t)1/2 ahol Dc = az „éppen még gyógyuló” sebek keletkezésének távolsága; láb, MVAbf = a reteszelt háromfázisú áramforrás MVA teljesítménye a zárlati ponttól (1,73 x feszültségL–L x a zárlati áramterhelés x 10–6), t = a hatás időtartama, s.
Példák 1. Tételezzük fel, hogy a 480 V-os háromfázisú rendszer zárlati áramterhelése 40 896 A, amelynek lekapcsolási időszükséglete hat ciklus (0,1 s). Az éppen még gyógyuló seb kialakul az alábbi távolságra (láb): Dc = (2,65 x MVAbf x t)1/2 Dc = (2,65 x 1,732 x 480 x 40 896 x 10–6 x 0,1)1/2 Dc = (9,00)1/2 Dc = 3 Ez annyit jelent, hogy amennyiben a bőrfelület távolsága 1 m-en belül van a hibahelytől, vagy 0,1 s-ig, vagy ennél tovább érvényesül a hatás, akkor nem gyógyuló seb keletkezik. Amennyiben a dolgozónak úgy kell munkát végeznie a berendezésen, hogy testfelületének a lehetséges ívkisüléstől való távolsága 1 m-en belül van, akkor megfelelő védőruházatra van szükség, vagy olyan más védőeszközt kell alkalmazni, amely minimumra csökkentheti sérülését. 2. Tételezzük fel, hogy a munkavégzésre az előbbi körülmények között kerül sor, de a berendezést az elterjedt J osztályú, 200 A-es áramkorlátozó biztosító védi. A zárlat időtartama legyen 1/4 ciklus (0,004 s) és a diagram szerint az RMS áramterhelés 6000 A, akkor Dc = (2,65 x MVAbf x t)1/2 láb Dc = (2,65 x 1,732 x 480 x 6000 x 10–6 x 0,004)1/2 láb Dc = (0,0528)1/2 láb Dc = 0,229 (vagy 2,75 hüvelyk) Ezek szerint a védelmet igénylő távolság határa 2,75 hüvelykre (kb. 70 mm) csökkent azáltal, hogy a ciklusidő csak 1/4, az áramterhelés pedig csupán 6000 A. A karbantartókat oktatni kell arra, hogy megfelelő védőeszközt vegyenek igénybe a lehetséges villamos balesetek elleni védelem érdekében. Védeni kell a fejet, az arcot, a nyakat, az állat, a szemet, a fület, a testet és a végtagokat. A villamos kisüléssel szembeni védelem lehet védősisak, arcvédő maszk, lánggátló nyakvédő, fülvédő, védőruházat, bőrrel védett szigetelő gumikesztyű és szigetelt lábbeli. A 2. példa esetében kevesebb védelem is elegendő, mivel a kisülés távolsága kb. 70 mm. Védősisakra, védőszemüvegre, fülvédőre, pamutruházatra, szigetelő gumikesztyűre és szigetelt lábbelire van szükség. A csökkentett védelmi felszerelésnek köszönhetően kisebb lesz annak veszélye is, hogy a karbantartó véletlenül hibát okoz. Abban az esetben, amikor a dolgozónak a berendezéssel kell foglalkoznia, minden lehetséges áramterhelésre és a lehetséges expozíciós időre ki kell számítani a biztonságos távolságokat. A dolgozónak a legkedvezőtlenebb esetre feltételezett védőeszközt kell viselni. A lehetséges áramterhelés adott. A
hatás időtartama viszont függ az elvárható reakcióidőtől és a kialakult helyzettől. Így például az, aki a kapcsolóberendezés előtt áll, feltételezhető, hogy a robbanás elől egy másodperc alatt kitér (és sokkal rövidebb idő alatt kitaszítódik onnan, ha erőteljes a robbanás), azonban a térdelő munkásra két-három másodpercig is kifejtheti hatását az ívkisülés. Egy emelőkosárban lévő munkás több másodpercig, akár percekig is ki lehet téve a kisülésnek. A kockázatot előidéző energia Az ívkisüléses zárlat elleni védelem megtervezéséhez ismerni kell – a feltételezhető hibaárammal arányos ívkisülési energiát, – a felszabaduló energia hatása elleni védőruházat lehetőségeit. A védelem nélküli bőrfelületen fellépő másodfokú égés a felszabaduló energiaszinttől függ. Az értékelés és a védelem mértéke kalória/cm2-ben fejezhető ki. Az irodalom szerint 1,6 cal/cm2 az a szint, amelyen rövid idejű (0,5 snál rövidebb) hatás a csupasz bőrfelületen másodfokú égést okoz. A biztonság érdekében tanácsos 0,8–1,2 cal/cm2 tényezőt figyelembe venni. Az 1. táblázat 5 kV és 600 V esetére adja meg, különböző feltételek között, a hatást kifejtő energiaszint-értékeket. Ha például óvatosságból a másodfokú égés küszöbértékeként az 1,2 cal/cm2 adatot veszik figyelembe, akkor a 600 V-os, 40 000 A-es, hat cikluson keresztül érvényesülő ívkisülés esetében a dolgozó csupasz bőrfelülete nem lehet közelebb, mint 100 cm. 1. táblázat Távolság a fázisok közötti ívkisülés helyétől, amelynél feltételezhető a csupasz bőrfelületen a másodfokú égés Ívkisülés Ívkisülés A rendszer feszültsége, áramerőssége, időtartama, s kA kV
Ívkisülés elektródtávolsága (hüvelyk)
A fázisok közötti ívkisülés középvonalától mért távolság hüvelykben Felszabaduló energiaszint 0,8 cal/cm2
1,2 cal/cm2
1,6 cal/cm2
5
60
10 (0,167)
12
142
116
100
5
30
10 (0,167)
12
90
74
64
5
15
10 (0,167)
12
60
49
43
5
8
10 (0,167)
12
42
34
29
0,6
40
6 (0,10 )
4
49
40
34
0,6
20
6 (0,10 )
4
32
26
23
0,6
10
6 (0,10 )
4
21
17
15
0,6
40
30 (0,5 )
4
109
89
77
0,6
40
1 (0,017)
4
20
16
14
Ugyancsak az irodalomból ismert 600 V-os, háromfázisú átíveléses zárlat kísérletsorozatának eredményei az alábbiak voltak: – az energia egyenesen arányos az ívkisülés időtartamával, – háromfázisú ívkisüléses zárlat energiahatása a kapcsolószekrényen belül háromszor nagyobb, mintha ugyanez szabad levegőn fordulna elő, – ilyen zárlatokat kísérő ívrobbanás súlyos fülsérüléseket okozhat. A kockázat csökkentése A túláramkorlátozó biztosítók hatását az ívkisüléstől 45 cm távolságra vizsgálták. Háromfázisú, 600 V-os, 50 cm-es kocka alakú dobozban, 30 mm-es átütési távolság esetében, a terhelőáramot 5 kA és 106 kA között változtatták. A kifejtett energia hatását a hibahelytől 45 cm-es távolságon értékelték. Az eredményeket a 2. táblázat foglalja össze. 2. táblázat Háromfázisú, 600 V-os, átíveléses zárlat kísérleti eredményei, 1,25 hüvelykes légrés esetén Háromfázisú hálózat teljes hibaáramterhelése, kA rms
Ívkisülési hibaáram, biztosító nélkül, kA rms
22 44 66
15,8 25,97 36,77
5,93 12,23 16,21
0,10 0,05 0,05
0,63 0,09 0,14
4,65 0,24 0,18
7,01 0,73 0,99
23,12 9,90 6,48
106
45,98
22,42
0,03
0,18
0,14
0,29
1,94
Átlagos felszabaduló energia 18 hüvelyk távolságon, cal/cm2 Biztosító A biztosító áramterhelése (UL szabv. oszt.) nélkül 600A RK1 800A L 1200A L 1600A L 2000A L
A másodfokú égést kifejtő hőhatásnak ismét 1,2 cal/cm2 értéket tételeztek fel. A táblázatból kitűnik például, hogy a háromfázisú, 44 000 A áramterhelésű hálózat ívkisüléses zárlatát (kb. 26 000 A) egy L osztályú 800-A-es áramkorlátozó biztosítékkal védve, a hibahelytől 45 cm távolságra az energiahatás 0,09 cal/cm2. Ez jóval alatta marad a másodfokú égést kiváltó 1,2 cal/cm2 küszöbértéknek, tehát ebben a távolságban a csupasz bőr nem sérül. Túláramkorlátozó nélkül 12,23 cal/cm2 fajlagos energia terhelné a bőrfelületet, vagyis súlyos sérülést okozna. A biztonsági ajánlások Az átíveléses zárlatok kialakulását számos tényező befolyásolja. Ennek megfelelően következményeik is különbözőek. Elsőrendű feladat az ívkisüléses zárlatok kialakulásának megelőzése. Egyidejűleg a dolgozókat alaposan képezni kell és megfelelő vádőeszközökkel kell ellátni.
Megelőzési rendszabályok: 1. Biztonságosan kezelhető villamos készülékeket kell alkalmazni, hogy csökkentsék az átíveléses zárlat kialakulásának valószínűségét. 2. A különböző motorszabályozó rendszerek, kapcsolótáblák és hasonló készülékek szereléséhez szigetelt vezetékeket alkalmazzunk. Ezzel csökkenteni lehet az átíveléses zárlat valószínűségét. Azt is megállapították, hogy ezzel elősegítik a húzott ív önálló kioltódásának valószínűségét. 3. Túláramkorlátozó eszközöket, biztosítókat, áramkorlátozó megszakítókat kell alkalmazni. Megbízható, ellenőrzött műszaki adatokat kell szerezni áramkorlátozó képességükről. Minél nagyobb az áramkorlátozó képességük, annál kevesebb energia szabadul fel az ívkisüléskor. 4. Célszerű minél kisebbre méretezni a túláramvédelmi eszközt. Minél kisebb áramerősségre van méretezve, annál hatékonyabb. a) A sínek terhelését minél kisebbre kell választani. Nagy síneket ketté kell választani. Így például egy 1200 A-es motorvédő kapcsoló helyett jobb, ha két 600 A-re méretezett változatot használnak. b) Az áramkorlátozó leágazó áramkörök túláramvédelmét minél kisebbre kell méretezni. 5. A motor indítókapcsolójaként kombinált túláramvédelmi kapcsolókészüléket kell igénybe venni. A gyakorlati igényeket kielégítő szokványos UL 508, valamint az 1. típusú kapcsoló/túláramvédelmi eszköz kombinációja jelentős meghibásodásra nyújt lehetőséget. Mindaddig, amíg a kapcsolószekrényen kívül nem kezdődik tűz, amíg a rendszer nem kerül feszültség alá, míg a szekrény ajtaját a robbanás fel nem szakítja, az UL 508 és az 1. típusú kapcsoló működőképes. Ha a dolgozó kinyitja az ajtót, és vagy az UL 508, vagy az 1. típusú kapcsoló működésbe lép, a karbantartó szerelő veszélyeztetettsége fokozódik. 6. Számos laboratóriumi kísérlet igazolta, hogy bizonyos átíveléses zárlatok esetében a túláramvédelmi eszköz csökkenti a kisülésnél felszabaduló energiát. A kockázat tovább csökkenthető kis impedanciájú áramköri elemek, például kis impedanciájú transzformátorok felhasználásával. Bebizonyosodott, hogy amennyiben minden más paramétert állandó szinten tartanak, a háromfázisú zárlati áram intenzitása megnövekszik. Kis impedanciájú áramkör esetében az átíveléses zárlati áram megnövekedhet, ami fokozza a túláramvédelmi készülék reakciósebességét. Végső soron a felszabaduló energia csökkenni fog. A kisebb impedanciájú áramköri elemek az elosztóhálózat feszültségszabályozását is megkönnyítik. 7. Ha nem túláramkorlátozó védőkészülékeket alkalmazunk, akkor a) használjunk nagy impedanciájú áramköri elemeket, hogy legalább korlátozni próbáljuk az átívelési zárlati áram intenzitását. Bár ez feszültségszabályozási problémákat okozhat, azonban túláramvé-
delmi eszköz nélkül a zárlatnál felszabaduló energia nagy értéket érhet el. b) Bebizonyították, hogy az ívzárlatnál felszabaduló energia egyenesen arányos a hibaáram átmeneti idejével. Minél több ciklus alatt folyik az ívzárlati áram, annál inkább fokozódik az erősáramú szerelő veszélyeztetése. Ha a túláramvédelem szelektív koordinálása a cél, akkor olyan áramkorlátozó biztosítékokat alkalmazzunk, amelyeket szelektíven lehet koordinálni úgy, hogy a fő és a mellékáramköri biztosítók áramterhelési arányát minimumra választjuk. (Dr. Barna Györgyné) Crnko, T.; Bussmann, C.: Arcing fault hazards and safety suggestions for design and maintenance. = IEEE Industry Applications Magazine, 7. k. 3. sz. 2001. máj. p. 23–32.
EGYÉB IRODALOM Danyek Gy.: A kisfrekvenciás elektromágneses terek egészségügyi hatásairól. = Elektrotechnika, 94. k. 10. sz. 2001. p. 357–361. Kádár A.: Az EU csatlakozáshoz szükséges biztonságtechnikai szabványok hazai bevetésével kapcsolatos problémák. = Elektrotechnika, 94. k. 10. sz. 2001. p. 362–364. Köper, O.; Westphal, F.; Main, F.: Datenbankgestützte Dokumentation und Überprüfung der Auslegung von Sicherheitsventilen in Altanlagen. (Régi üzemek biztonsági szelepekkel való felszerelésének adatbankkal segített dokumentálása és ellenőrzése.) = Technische Überwachung, 42. k. 10. sz. 2001. p. 42–46. Kelly, B. D.; Clancy, M. S.: Use a comprehensive database to better manage process safety. (Átfogó adatbank használatával jobban lehet a folyamatbiztonságot elérni.) = Chemical Engineering Progress, 97. k. 8. sz. 2001. p. 67–69. Johnson, M. D.; Sharit, J.: Impact of a change from an 8-h to a 12-h shift schedule on workers and occupational injury rates. (A nyolcórás műszakról 12 órásra aló áttérés hatása a dolgozókra és a foglalkozási sérülések számára.) = International Journal of Industrial Ergonomics, 27. k. 5. sz. 2001. p. 303–319. Dosman, D. M.; Adamowicz, W. L.; Hrudey, S. E.: Socioeconomic determinants of healthand fodd safety-related risk perceptions. (Az egészséggel és élelmiszer-biztonsággal kapcsolatos kockázatértékelés társadalmi–gazdasági meghatározói.) = Risk Analysis, 21. k. 2. sz. 2001. ápr. p. 307–317. Funda, K.; Fleckenstein, C.: Gefährdungsbeurteilungen nach Arbeitsschutzgesetz und Biostoffverordnung. (A veszélyeztetettség megítélése a munkavédelmi törvény szerint és a biológiai anyagokra vonatkozó rendelet.) = Müll und Abfall, 33. k. 2. sz. 2001. p. 95–99.
