Γειώσεις και άλλα μέτρα προστασίας

Παρουσίαση με θέμα: "Γειώσεις και άλλα μέτρα προστασίας"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Γειώσεις και άλλα μέτρα προστασίας
Σε αυτή την παρουσίαση θα εξετάσουμε τους λόγους για τους οποίους τα συστήματα διανομής χαμηλής τάσης (σαν αυτά που τροφοδοτούν τα τυπικά σπίτια και μικρές επιχειρήσεις) έχουν τον ουδέτερο αγωγό γειωμένο, δηλαδή ηλεκτρικά συνδεδεμένο με το έδαφος. Θα εξετάσουμε τις συνέπειες αυτής της σχεδιαστικής επιλογής σε αντιπαραβολή με το τι θα γινόταν αν το ηλεκτρικό δίκτυο δεν ήταν γειωμένο (floating) Στη συνέχεια θα δούμε μερικά από τα πιο βασικά επιπλέον μέτρα προστασίας κατά της ηλεκτροπληξίας, δηλαδή τις ασφάλειες υπερεντάσεως, και το ρελέ διαφυγής. Η σημασία της γείωσης για την προστασία από ηλεκτροπληξία

2 Ηλεκτροπληξία Είναι το σύνολο των φαινομένων που προκαλούνται από τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του ανθρώπινου σώματος, όπως: Εγκαύματα Μυϊκοί σπασμοί Θάνατος Ηλεκτροπληξία είναι το σύνολο των φαινομένων που προκαλούνται όταν περάσει ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από το σώμα μας. Για να δημιουργηθεί αυτό το ρεύμα χρειάζεται μία πηγή τάσης και κάποιος τρόπος επαφής του σώματος με αυτή. Το ακριβές αποτέλεσμα μπορεί να ποικίλει βάσει διαφόρων παραγόντων, όπως η τάση της πηγής, αν είναι DC ή AC, η συχνότητα της, τα σημεία επαφής με το ανθρώπινο σώμα κτλ. Τα αποτελέσματα ξεκινούν από κάποιο ανεπαίσθητο γαργάλημα εώς σοβαρότατα εγκαύματα και το θάνατο. Ο θάνατος συνήθως προκαλείται όταν το ρεύμα διέρχεται με τέτοιο τρόπο ώστε να περάσει μέσα ή κοντά από την καρδιά. Τάσεις μεγαλύτερες των 50 Volt πρέπει να αντιμετωπίζονται ως επικίνδυνες για πρόκληση ηλεκτροπληξίας

3 Ηλεκτροπληξία Δευτερογενή αποτελέσματα Είναι τα αποτελέσματα της ηλεκτροπληξίας που δεν οφείλονται στο ηλεκτρικό ρεύμα καθ’ αυτό. Για παράδειγμα, πέσιμο από ύψος ή χτυπήματα Τα δευτερογενή αποτελέσματα είναι αυτά που οφείλονται στην ηλεκτροπληξία αλλά δεν προκαλούνται από την διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος αυτού καθ’αυτού. Για παράδειγμα, είμαι ανεβασμένος σε μία σκάλα και επισκευάζω ένα φωτιστικό. Το ηλεκτρικό ρεύμα με χτυπάει. Το ρεύμα δεν είναι αρκετό να με σκοτώσει, όμως από το σόκ πέφτω από τη σκάλα και χτυπάω. Τα δευτερογενή αποτελέσματα της ηλεκτροπληξίας είναι εξίσου επικίνδυνα με τα πρωτογενή.

4 Μετασχηματιστές Μέσης Τάσης
Το τμήμα του δικτύου που μας ενδιαφέρει είναι από το μετασχηματιστή μέσης τάσης και μετά. Αυτοί είναι οι μετασχηματιστές που βρίσκονται στις διπλές κολώνες όπως της φωτογραφίας. Αυτός παραλαμβάνει τη μέση τάση (20000 Volt) από τον κοντινότερο υποσταθμό της ΔΕΗ και την υποβιβάζει στα 220 Volt για τους τελικούς καταναλωτές. Τέτοιοι μετασχηματιστές τοποθετούνται χοντρικά ανα 100 μέτρα και τροφοδοτούν 3-4 σπίτια ο καθένας.

5 Μετασχηματιστές Μέσης Τάσης
Οι μετασχηματιστές αυτοί είναι τριφασικοί, δηλαδή έχουν τρία διαφορετικά ζεύγη πρωτευόντων και δευτερευόντων τυλιγμάτων. Το εσωτερικό είναι γεμισμένο με λάδι, το οποίο βοηθά την ψύξη αλλά και βελτιώνει τα διηλεκτρικά χαρακτηριστικά του μ/σ

6 Μετασχηματιστές Μέσης Τάσης Δευτερεύον κύκλωμα
Τα τρία δευτερεύοντα τυλίγματα του Μ/Σ είναι συνδεδεμένα στη λεγόμενη διάταξη αστέρα ή Υ. Δηλαδή τα τυλίγματα από τη μία άκρη τους είναι συνδεδεμένα μαζί, ενώ οι τρείς ελεύθερες άκρες δίνουν την κάθε φάση προς τους καταναλωτές. Το κεντρικό σημείο είναι συνδεδεμένο στο κέλυφος του μ/σ και επιπλέον από κει ξεκινουν δύο αγωγοί, ο ουδέτερος αγωγός (Ν ή Neutral) και ο αγωγός της γείωσης ή PE (Protective Earth) ο οποίος καταλήγει σε ένα ηλεκτρόδιο το οποίο είναι θαμμένο στο χώμα στη βάση της κολώνας.

7 Μετασχηματιστές Μέσης Τάσης Αγωγός γείωσης
Ο αγωγός γείωσης είναι το γαλβανιζέ συρματόσχοινο το οποίο διακρίνεται με το κόκκινο βέλος. Υπάρχει άλλο ένα αντίστοιχο και στην δεύτερη κολώνα. Αν προσέξουμε καλά στη φωτογραφία θα δούμε ότι πάει μέχρι σχεδόν την κορυφή της κολώνας και μετά κατεβαίνει στο μετασχηματιστή. Ο λόγος είναι ότι μέσω αυτού πρέπει να γειώνονται και όλα τα υπόλοιπα μεταλλικά μέρη της κολώνας, δηλαδή τα τσέρκια που συγκρατούν τα καλώδια, το φωτιστικό και τα διάφορα μεταλλικά στηρίγματα.

8 Μετασχηματιστές Μέσης Τάσης Αγωγός γείωσης
Ένα κοντινό του αγωγού γείωσης. Στο κάτω μέρος του περνά μέσα από μεταλλική σωλήνα, όπως και τα υπόλοιπα καλώδια, για προστασία από χτυπήματα από αυτοκίνητα κτλ.

9 Μετασχηματιστές Μέσης Τάσης Αγωγός γείωσης
Πάνω από την κίτρινη πινακίδα φαίνεται το σημείο όπου ο αγωγός γείωσης συνδέεται με το κέλυφος του μετασχηματιστή.

10 Τάσεις στο δίκτυο καταναλωτών
Ο κάθε αγωγός φάσης μεταφέρει ημιτονοειδή τάση 220 Volt RMS ως προς τον ουδέτερο (ή τη γείωση). Οι φάσεις έχουν μεταξύ τους διαφορά φάσης 120 μοιρών (2π/3 rad). Αυτή λέγεται φασική τάση. Η τάση μεταξύ οποιονδήποτε δύο φάσεων είναι ρίζα 3 επι 220 = 380 Volt RMS. Αυτή λέγεται πολική τάση.

11 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Ένας άνθρωπος ο οποίος στέκεται όρθιος στο έδαφος!

12 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Καθώς το έδαφος είναι αγώγιμο στο ηλεκτρικό ρεύμα, και ακόμη περισσότερο όταν η πηγή τάσης είναι εναλλασσόμενη (λόγω χωρητικών φαινομένων, δείτε το βίντεο #52), τα πόδια του ανθρώπου είναι μέσω του εδάφους ηλεκτρικά συνδεδεμένα με το κεντρικό σημείο (ουδέτερος) του κοντινότερου μετασχηματιστή μέσης τάσης.

13 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Για να προκληθεί ροή ρεύματος μέσα από το σώμα (ηλεκτροπληξία), πρέπει με κάποιο τρόπο να υπάρξει επαφή μεταξύ δύο φάσεων ή μεταξύ φάσης και ουδετέρου. Εφόσον τα πόδια μας είναι μόνιμα συνδεδεμένα στον ουδέτερο, ο πρώτος τρόπος που μπορεί να προέλθει η ηλεκτροπληξία σε ένα γειωμένο δίκτυο είναι αν ακουμπήσουμε οποιαδήποτε από τις τρείς φάσεις. Το ρεύμα θα ξεκινήσει από το χέρι, θα περάσει από το σώμα και θα βγεί από τα πόδια. Το ρεύμα που θα προκληθεί σε αυτή την περίπτωση θα είναι γενικά μικρό εώς και ανεπαίσθητο καθώς η αντίσταση μεταξύ ανθρώπου και εδάφους είναι μεγάλη στις πιο πολλές περιπτώσεις. Καθώς βέβαια αρκούν μερικά mA για να προκληθεί ο θάνατος, οπότε η επαφή με την φάση είναι πολύ επικίνδυνη. Επειδή γενικά το ρεύμα ακολουθεί την πιο σύντομη διαδρομή, αν πιάσουμε τη φάση με το δεξί χέρι, το ρεύμα θα περάσει από το δεξί μέρος του σώματος και θα βγεί από το δεξί πόδι. Αντίστοιχα για το αριστερό χέρι. Η ηλεκτροπληξία μέσω του αριστερού χεριού έχει πιο πολλές πιθανότητες να είναι θανατηφόρα γιατί το ρεύμα διέρχεται πιο κοντά από την καρδιά. Οι αριστερόχειρες έχουν στατιστικά πιο πολλές πιθανότητες να πεθάνουν από ηλεκτροπληξία γι αυτό το λόγο.

14 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Ο δεύτερος τρόπος ηλεκτροπληξίας είναι ακουμπώντας δύο φάσεις. Η ηλεκτροπληξία αυτού του τύπου (από χέρι σε χέρι) είναι η χειρότερη μορφή ηλεκτροπληξίας και συνήθως είναι θανατηφόρα, καθώς η τάση είναι μεγαλύτερη (380 Volt) και η αντίσταση που παρουσιάζει το σώμα είναι μικρή (άρα δημιουργείται μεγάλο ρεύμα). Επιπλέον το ρεύμα περνάει σχεδόν όλο διαμέσου των ζωτικών οργάνων, όπως καρδιά, πνεύμονες και διάφραγμα, οπότε προκαλείται σταμάτημα της καρδιακής λειτουργίας και της αναπνοής. Μικρότερα ρεύματα θα περάσουν και από τα χέρια προς τα πόδια.

15 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Τι γίνεται αν πιάσουμε τον ουδέτερο; Θεωρητικά βρισκόμαστε στο ίδιο δυναμικό με τον ουδέτερο, οπότε τίποτα δεν θα γίνει. Στην πράξη όμως, ο ουδέτερος θα έχει μία μικρή, μη μηδενική αντίσταση, κάτι το οποίο αλλάζει τα πράγματα.

16 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα μονοφασικό φορτίο R, το οποίο το συμβολίζουμε με μία αντίσταση. Επίσης ότι η αντίσταση του ουδετέρου είναι 1Ω και η αντίσταση του ανθρώπου από το χέρι προς τα πόδια είναι 1000Ω.

17 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Εδώ υπάρχουν δύο περιπτώσεις. Η πρώτη περίπτωση είναι το φορτίο να είναι κάτι μικρό, όπως για παράδειγμα μια λάμπα πυρακτώσεως. Μια τυπική αντίσταση μιας μικρής ισχύος λάμπας είναι γύρω στα 900Ω. Αν ο ουδέτερος είχε μηδενική αντίσταση, τότε η τάση στο σημείο μεταξύ φορτίου και ουδετέρου θα ήταν μηδέν. Όμως τώρα που ο ουδέτερος έχει κάποια αντίσταση, τότε σε αυτό το σημείο σχηματίζεται μια τάση. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση του ουδετέρου είναι πολύ μικρότερη από την αντίσταση του φορτίου, οπότε (βάσει του τύπου του διαιρέτη τάσης) η τάση που δημιουργείται είναι πολύ μικρή. Συνεπώς αν ο άνθρωπος αγγίξει αυτό το σημείο το ρεύμα που θα περάσει μέσα του θα είναι της τάξης των μΑ, δηλαδή είναι τόσο μικρό που δεν γίνεται καν αισθητό.

18 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Τι γίνεται όμως αν αντί για λάμπα έχουμε κάποιο μεγαλύτερο φορτίο, όπως για παράδειγμα ένα θερμοσίφωνο; Οι θερμοσίφωνες έχουν πολύ μικρή ηλεκτρική αντίσταση, εδώ στο παράδειγμα είναι ένας μικρός των 3KW, ο οποίος έχει αντίσταση μόλις 16Ω. Σε αυτή την περίπτωση η αντίσταση του ουδετέρου δεν είναι κατά πολύ μικρότερη από την αντίσταση του φορτίου. Αυτό σημαίνει ότι στο ενδιάμεσο σημείο θα σχηματιστεί μια μεγάλη τάση. Το ρεύμα που θα περάσει από τον άνθρωπο θα είναι περίπου 13 mA, το οποίο μπορεί να προκαλέσει μυϊκούς σπασμούς και είναι στα όρια της ηλεκτροπληξίας. Αν το φορτίο ήταν μεγαλύτερο (πχ θερμοσίφωνας 5KW), ή ο ουδέτερος είχε μεγαλύτερη αντίσταση (κακή σύνδεση ή λεπτό καλώδιο), ή ο άνθρωπος μικρότερη αντίσταση, η ηλεκτροπληξία είναι δεδομένη.

19 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο
Τι γίνεται αν αγγίξουμε τη γείωση; Η γείωση είναι σε μία τυπική πρίζα σούκο τα δύο εκτεθειμένα «δοντάκια» στο πάνω και κάτω μέρος. Επιπλέον όλα τα εκτεθειμένα μεταλλικά μέρη σε μόνιμες εγκαταστάσεις (φωτιστικά, ηλεκτρικές κουζίνες) είναι συνδεδεμένα με τη γείωση. Η γείωση είναι στο ίδιο δυναμικό με τον ουδέτερο, όμως υπο κανονικές συνθήκες δεν διαρρέεται από ρεύμα. Επομένως στην γείωση δεν δημιουργούνται επικίνδυνες τάσεις και συνεπώς είναι το μόνο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος που μπορούμε να αγγίξουμε με ασφάλεια.

20 Ηλεκτροπληξία σε γειωμένο δίκτυο Συμπεράσματα
Σε ένα γειωμένο ηλεκτρικό δίκτυο (όπως αυτό της ΔΕΗ) δεν αγγίζουμε κανέναν από τους αγωγούς φάσης ή ουδετέρου, καθώς υπάρχει ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας. Το μόνο που μπορούμε να αγγίξουμε άφοβα είναι τα γειωμένα εκτεθειμένα μεταλλικά μέρη.

21 Ηλεκτροπληξία σε αγείωτο δίκτυο
Τι θα γινόταν αν το ηλεκτρικό δίκτυο δεν ήταν γειωμένο; Αυτό θα συνέβαινε αν δεν υπήρχαν τα γαλβανιζέ συρματόσχοινα των προηγούμενων φωτογραφιών στο μετασχηματιστή διανομής.

22 Ηλεκτροπληξία σε αγείωτο δίκτυο
Οι ηλεκτρικές συσκευές θα συνέχιζαν να λειτουργούν κανονικά. Όσον αφορά την ηλεκτροπληξία, ο άνθρωπος συνεχίζει να είναι γειωμένος, όμως από τη στιγμή που το ηλεκτρικό δίκτυο δεν είναι γειωμένο, τότε η επαφή με έναν οποιοδήποτε αγωγό δεν επιφέρει την ηλεκτροπληξία, καθώς το κύκλωμα δεν ολοκληρώνεται και το ηλεκτρικό ρεύμα δεν μπορεί να διαρρεύσει. Ο μόνος τρόπος να προκληθεί ηλεκτροπληξία είναι αν υπάρξει επαφή με δύο αγωγούς ταυτόχρονα, είτε φάση και φάση, είτε φάση και ουδέτερο.

23 Ηλεκτροπληξία σε αγείωτο δίκτυο
Εκ πρώτης όψεως, το αγείωτο δίκτυο φαίνεται ότι προστατεύει καλύτερα από ηλεκτροπληξία σε σχέση με το γειωμένο. Ας δούμε όμως την περίπτωση που μία από τις φάσεις γειώνεται. Αυτό μπορεί να γίνει για πολλούς λόγους, για παράδειγμα κάποιος αγωγός από την κολώνα μέχρι το σπίτι μας φθείρεται και κάνει επαφή με γειωμένο αντικείμενο, κάποιο δέντρο πέφτει πάνω στα καλώδια κτλ.

24 Ηλεκτροπληξία σε αγείωτο δίκτυο
Αν τώρα το ανθρωπάκι πιάσει την μαύρη ή γκρί φάση θα χτυπηθεί από πολική τάση (380 Volt). Αν αγγίξει τον ουδέτερο θα χτυπηθεί από φασική τάση (220 Volt)

25 Σφάλμα φάσης σε γειωμένο δίκτυο
Αν το ίδιο σφάλμα, δηλαδή γείωση της μίας φάσης, γινόταν σε γειωμένο δίκτυο, τότε θα προκαλούταν μεγάλο ρεύμα σφάλματος μεταξύ φάσης και ουδετέρου και η ασφάλεια που προστατεύει το τμήμα της φάσης θα έπεφτε. Έτσι δεν υπάρχει περίπτωση ο άνθρωπος να εκτεθεί σε πολική τάση. Γι αυτό το λόγο είναι και πιο εύκολος ο εντοπισμός τέτοιων σφαλμάτων σε γειωμένα δίκτυα σε σχέση με τα αγείωτα.

26 Μειονέκτημα γειωμένου δικτύου
Μπορούμε να εκτεθούμε σε φασική τάση αγγίζοντας μία φάση του δικτύου.

27 Μειονέκτημα αγείωτου δικτύου
Σε περίπτωση σφάλματος καλωδίωσης μπορεί να εκτεθούμε σε πολική τάση αγγίζοντας έναν αγωγό φάσης ή φασική τάση αγγίζοντας τον ουδέτερο

28 Τελικό συμπέρασμα Γειώνοντας το ηλεκτρικό δίκτυο εισάγουμε τον «μικρό» κίνδυνο έκθεσης σε φασική τάση, αλλά αποκλείουμε τον μεγαλύτερο κίνδυνο της πολικής τάσης.

29 Περεταίρω μέτρα προστασίας
Προστασία συσκευών Συσκευή με Διπλή μόνωση Συσκευή με γειωμένο αγώγιμο κέλυφος Προστασία στον ηλεκτρολογικό πίνακα Ασφάλειες Υπερέντασης Διαφορικός Διακόπτης Εντάσεως (ρελέ διαφυγής) Παρόλα αυτά, ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας σε ένα γειωμένο δίκτυο παραμένει υψηλός. Γι αυτό το λόγο παίρνουμε μεταξύ άλλων τα παρακάτω μέτρα προστασίας: Διπλή μόνωση, γειωμένο αγώγιμο κέλυφος, ασφάλειες υπέρτασης, ΔΔΕ (Διαφορικός Διακόπτης Εντάσεως – Διακόπτης Διαφυγής Εντάσεως ή κοινώς «το ρελέ»)

30 Προστασία Συσκευών Διπλή Μόνωση (Appliance Class II)
Οι συσκευές με διπλή μόνωση είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε τα αγώγιμα μέρη να προστατεύονται από δύο διαφορετικές στρώσεις μόνωσης. Για παράδειγμα τα καλώδια εσωτερικά της συσκευής είναι μονωμένα και επιπλέον το κέλυφος της συσκευής είναι πλαστικό ή άλλο μονωτικό υλικό. Σε αυτή την περίπτωση δεν απαιτείται ύπαρξη αγωγού γείωσης, κατά συνέπεια συνδέονται με απλή διπολική πρίζα. Τυπικό παράδειγμα οι πιο πολλές οικιακές μικροσυσκευές.

31 Προστασία Συσκευών Γειωμένο αγώγιμο κέλυφος (Appliance class I)
Στις συσκευές αυτές ολόκληρο το εξωτερικό περίβλημα ή μέρος αυτού μπορεί να είναι αγώγιμο. Οι αγωγοί στο εσωτερικό της συσκευής είναι μονωμένοι, όμως σε περίπτωση σφάλματος μπορεί να ακουμπήσει κάποιο εκτεθειμένο αγώγιμο μέρος υπο τάση πάνω στο περίβλημα και έτσι ολόκληρη η συσκευή να βρεθεί υπο τάση. Γι αυτό το λόγο το εξωτερικό περίβλημα πρέπει να είναι συνδεδεμένο στην προστατευτική γείωση της εγκατάστασης. Σε αυτές τις συσκευές χρησιμοποιούνται τριπολικές πρίζες (σούκο). Τυπικό παράδειγμα το τροφοδοτικό (PSU) ενός υπολογιστή. Έχει μεταλλικό περίβλημα το οποίο επιπλέον έρχεται σε άμεση επαφή με τα μεταλλικά μέρη του υπολογιστή. Σε περίπτωση σφάλματος ολόκληρος ο υπολογιστής μπορεί να βρεθεί υπο τάση.

32 Προστασία στον πίνακα Ασφάλειες υπερέντασης
Τύπου φυσιγγίου και αυτόματες Οι πιο συνηθισμένες ασφάλειες υπερέντασης σε οικιακές εγκαταστάσεις είναι οι κεραμικές τύπου φυσιγγίου και οι αυτόματες ασφάλειες (μικροαυτόματος). Οι πρώτες είναι μίας χρήσης, δηλαδή αν καούν πρέπει να αντικατασταθούν με νέα ίδιων χαρακτηριστικών. Οι αυτόματες ασφάλειες (μικροαυτόματοι) μπορούν να ενεργοποιηθουν πάλι απλά ανεβάζοντας το βραχίονα. Βγαίνουν σε διάφορους τύπους και μεγέθη, ανάλογα με το όριο του ρεύματος, την ταχύτητα απόκρισης κτλ.

33 Ασφάλειες Υπερέντασης
Η πρωταρχική λειτουργία των ασφαλειών είναι η προστασία της εγκατάστασης από πυρκαγιά ΔΕΝ προστατεύουν από ηλεκτροπληξία, παρά μόνο υπό πολύ συγκεκριμένες συνθήκες. Η δουλειά των ασφαλειών είναι να διακόπτουν το ηλεκτρικό κύκλωμα όταν η ένταση του ρεύματος ξεπεράσει τα προκαθορισμένα όρια τους. Σκοπός τους είναι να προστατεύσουν τα καλώδια του ηλεκτρικού υποκυκλώματος το οποίο προστατεύουν από την υπερθέρμανση η οποία μπορεί να δημιουργηθεί όταν περάσει υπερβολικό ρεύμα από έναν αγωγό.

34 Ασφάλειες Υπερέντασης
Το παραπάνω δείχνει μία απλοποιημένη μονοφασική εγκατάσταση παλιού τύπου, μόνο με ασφάλειες αλλά χωρίς ρελέ διαφυγής. Το μώβ περίγραμμα είναι ο ηλεκτρολογικός πίνακας . Από την πάνω πλευρά του πίνακα έρχεται η παροχή (φάση, ουδέτερο, γείωση) και μέσω ενός μικροαυτόματου καταλήγει κάπου μέσα στην εγκατάσταση (για παράδειγμα σε μία πρίζα σούκο). Το ανθρωπάκι αγγίζει την φάση.

35 Ασφάλειες Υπερέντασης
Εφόσον ο άνθρωπος είναι γειωμένος, θα περάσει ηλεκτρικό ρεύμα (κόκκινη διακεκομμένη γραμμή) ξεκινώντας από τον πίνακα, περνώντας μέσα από το μικροαυτόματο, μέσα από το σώμα του ανθρώπου και τέλος θα διοχετευτεί στη γή. Θα πέσει η ασφάλεια;

36 Ασφάλειες Υπερέντασης
220 Volt / 100 Ω = 2,2 Ampere Όχι! Οι τυπικοί μικροαυτόματοι και τηκόμενες ασφάλειες που χρησιμοποιούνται σε οικιακές εγκαταστάσεις διακόπτουν το κύκλωμα όταν περάσει μέσα τους ρεύμα τουλάχιστον 10 Ampere. Η αντίσταση του ανθρωπίνου σώματος προς τη γη εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και μπορεί να κυμαίνεται από ΜΩ εώς μερικά ΚΩ. Ακόμα όμως και στην εξαιρετική περίπτωση που η αντίσταση είναι μόλις 100Ω, το ρεύμα που θα περάσει θα είναι 2,2 Α το οποίο δεν είναι αρκετό να ενεργοποιήσει την ασφάλεια υπερέντασης και να διακόψει το κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι ο άνθρωπος μπορεί να «ψήνεται» επ αόριστον από το ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς οι ασφάλειες να μπορούν να τον προστατέψουν.

37 Ασφάλειες Υπερέντασης
Ας δούμε τη μία και μοναδική περίπτωση που έμμεσα μία ασφάλεια υπερέντασης μπορεί να προφυλάξει από ηλεκτροπληξία. Αυτό που βλέπουμε είναι μία συσκευή κατηγορίας Ι, δηλαδή με γειωμένο αγώγιμο περίβλημα.

38 Ασφάλειες Υπερέντασης
Κανονικά το ρεύμα έρχεται από τη φάση, περνά μέσα από την ασφάλεια και επιστρέφει μέσω του ουδετέρου (κόκκινη γραμμή)

39 Ασφάλειες Υπερέντασης
Ας υποθέσουμε ότι εσωτερικά κάποιο καλώδιο κόβεται ή οτιδήποτε και κάνει επαφή με το περίβλημα

40 Ασφάλειες Υπερέντασης
Το μεταλλικό περίβλημα ακουμπά το καλώδιο της φάσης, συνεπώς όλο το εξωτερικό της συσκευής βρίσκεται σε τάση 220 Volt. Όμως αυτό θα δημιουργήσει μεγάλο ρεύμα από τη φάση προς τη γείωση και θα πέσει ο μικροαυτόματος. Επομένως το κύκλωμα θα διακοπεί πρίν κάποιος να έχει την ευκαιρία να αγγίξει τη συσκευή και να πάθει ηλεκτροπληξία.

41 Ασφάλειες Υπερέντασης
Στην προηγούμενη περίπτωση είχαμε το λεγόμενο «στέρεο» βραχυκύκλωμα, δηλαδή με πολύ μικρή αντίσταση προς τη γή. Ας δούμε όμως τώρα μία περίπτωση οπου πάλι έχουμε σφάλμα καλωδίωσης αλλά αυτή τη φορά με μεγάλη αντίσταση προς τη γή. Πάλι θα υπάρξει ρεύμα από τη φάση προς τη γείωση και επιπλέον πάλι το περίβλημα της συσκευής θα βρεθεί σε υψηλή τάση. Όμως αυτή τη φορά το ρεύμα μπορεί να μην είναι τόσο μεγάλο ώστε να ενεργοποιήσει το μικροαυτόματο, και έτσι όποιος αγγίξει τη συσκευή θα πάθει ηλεκτροπληξία.

42 Ρελέ Διαφυγής Το ρελέ διαφυγής είναι ίσως η σημαντικότερη και πιο αποτελεσματική προστασία κατά της ηλεκτροπληξίας. Το κόστος του είναι πολύ μικρό (περίπου 50 ευρώ για μονοφασικό) και είναι εύκολη η τοποθέτηση του σε υπάρχουσες ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις. Το ρελέ διαφυγής μπαίνει στον ηλεκτρολογικό πίνακα στην αρχή της παροχής, πρίν τα υπόλοιπα μέσα προστασίας. Όλο το ρεύμα της φάσης που διοχετεύεται στα φορτία και όλο το ρεύμα του ουδετέρου που επιστρέφει από τα φορτία, περνά μέσα από το ρελέ. Το ρελέ συγκρίνει τα δύο αυτά ρεύματα. Υπο κανονικές συνθήκες τα ρεύματα πρέπει να είναι ακριβώς τα ίδια. Αν όμως το ρεύμα που επιστρέφει μέσω του ουδετέρου είναι μικρότερο από αυτό που διοχετεύεται από τη φάση, τότε η μόνη εξήγηση για τη διαφορά είναι ότι μέρος του ρεύματος παρακάμπτει τον ουδέτερο και επιστρέφει μέσω της γής, άρα υπάρχει κάπου στην εγκατάσταση σφάλμα καλωδίωσης. Οπότε όταν το ρελέ εντοπίσει διαφορά στα δύο ρεύματα, ενεργοποιείται και διακόπτει το κύκλωμα. Τα οικιακά ρελέ διαφυγής είναι ρυθμισμένα να διακόπτουν το κύκλωμα όταν η διαφορά των ρευμάτων είναι μεγαλύτερη ή ίση με 30 mA.

43 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Η παραπάνω εικόνα δείχνει έναν απλοποιημένο πίνακα με ρελέ διαφυγής. Η φάση και ο ουδέτερος πάει πρώτα στο ρελέ πρίν διανεμηθεί στους μικροαυτόματους. Φυσικά οι μικροαυτόματοι δεν αφαιρούνται, αλλά λειτουργούν συμπληρωματικά, καθώς το ρελέ από μόνο του δεν προστατεύει από υπερεντάσεις.

44 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Εδώ ο άνθρωπος πιάνει απευθείας τον αγωγό της φάσης. Το ρεύμα που δημιουργείται, ενώ είναι αρκετό για να προκαλέσει το θάνατο, είναι πολύ μικρό για να ενεργοποιήσει τον μικροαυτόματο. Παρόλα αυτά, το ρελέ διαφυγής εντοπίζει ρεύμα να φεύγει από τη φάση, όμως να μην επιστρέφει μέσω του ουδετέρου. Η ανισορροπία στα ρεύματα θα ενεργοποιήσει το ρελέ και θα διακόψει το κύκλωμα, σώζοντας (κατά πάσα πιθανότητα) τη ζωή του ανθρώπου. Καθώς το ρελέ έχει κάποιο μη μηδενικό χρόνο αντίδρασης, υπάρχει πάντα η πιθανότητα το ρεύμα που θα προλάβει να περάσει μέσα από τον άνθρωπο μέσα σε αυτό το μικρό χρονικό διάστημα να προκαλέσει το θάνατο. Γι αυτό το λόγο, ακόμα και αν υπάρχει ρελέ διαφυγής στον πίνακα, δεν αγγίζουμε ποτέ αγωγούς υπο τάση.

45 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Εδώ έχουμε την περίπτωση που είδαμε πρίν λίγο, οπου υπάρχει σφάλμα καλωδίωσης εσωτερικά της συσκευής, όμως το ρεύμα διαρροής προς τη γή δεν είναι αρκετά μεγάλο ώστε ο μικροαυτόματος να ενεργοποιηθεί και να διακόψει το κύκλωμα, οπότε το κελυφος της συσκευής βρίσκεται υπο τάση.

46 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Εδώ όμως ο πίνακας έχει και το ρελέ διαφυγής. Το ρεύμα που έρχεται από τη φάση, παρακάμπτει εντελώς τον ουδέτερο και επιστρέφει μέσω της γείωσης. Επομένως το ρελέ θα εντοπίσει μεγάλη ανισορροπία στα ρεύματα και θα ενεργοποιηθεί, διακόπτοντας το κύκλωμα.

47 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Ας επανεξετάσουμε τώρα μια περίπτωση που είδαμε αρκετά slides πιο πρίν, οπου ο άνθρωπος πιάνει τον ουδέτερο αγωγό αμέσως μετά από ένα φορτίο. Καθώς ο ουδέτερος εχει μία μη μηδενική αντίσταση, δημιουργείται κάποια τάση σε αυτό το σημείο και κατά συνέπεια κάποιο ρεύμα θα περάσει μέσα από το σώμα του ανθρώπου. Εδώ πάλι οι ασφάλειες υπερεντάσεως δεν προσφέρουν καμία προστασία.

48 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Η παραπάνω περίπτωση σε εγκατάσταση με ρελέ διαφυγής. Εδώ ο αγωγός γείωσης δεν συμμετέχει κάπου και γι αυτό τον έχω αφαιρέσει από το διάγραμμα. Το ρεύμα ξεκινά από την φάση, περνά μέσα από την αντίσταση και επιστρέφει στον ουδέτερο. Κανένα πρόβλημα μέχρι εδώ.

49 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Ι1 = Ι2 + Ι3 Τώρα το ανθρωπάκι πιάνει τον ουδέτερο αμέσως μετά το φορτίο. Το ρεύμα που έρχεται από τη φάση είναι το I1. Καθώς όμως το σώμα του ανθρώπου είναι αγώγιμο και γειωμένο, προσφέρει μία εναλλακτική διαδρομή, οπότε το ρεύμα σε αυτό το σημείο διακλαδώνεται και ένα μικρό μέρος του ρεύματος θα επιστρέψει μέσα από το σώμα του (Ι3). Το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος θα επιστρέψει μέσω του ουδετέρου. Αν το ρεύμα I3 είναι μεγαλύτερο ή ίσο με 30mA τότε το ρελέ θα ενεργοποιηθεί και θα διακόψει το κύκλωμα, προστατεύοντας τον άνθρωπο από ηλεκτροπληξία. Αν το ρεύμα είναι μικρότερο από 30mA, το κύκλωμα θα συνεχίσει να λειτουργεί, όμως δεν υπάρχει ιδιαίτερος κίνδυνος, καθώς τα 30mA θεωρούνται το όριο της ηλεκτροπληξίας. Φυσικά, υπο περιπτώσεις, ακόμα και μικρότερα ρεύματα από 30mA μπορούν να προκαλέσουν το θάνατο. Το ρελέ διαφυγής μειώνει δραστικά τον κίνδυνο, όμως δεν τον εξαλείφει

50 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Τέλος, θα επανεξετάσουμε την περίπτωση όπου ο αγωγός φάσης βραχυκυκλώνει πάνω στο γειωμένο περίβλημα, αυτή τη φορά σε πίνακα με ρελέ διαφυγής.

51 Πίνακας με ρελέ διαφυγής
Σε αυτή την περίπτωση έχουμε και πολύ μεγάλο ρεύμα (υπερένταση) και μεγάλη ανισορροπία στα ρεύματα, καθώς όλο το ρεύμα παρακάμπτει τον ουδέτερο και επιστρέφει μέσω της γείωσης. Θεωρητικά εδώ θα ενεργοποιηθούν και τα δύο μέσα προστασίας (μικροαυτόματος και ρελέ). Στην πράξη το ρελέ συνήθως είναι πιο γρήγορο στο χρόνο αντίδρασης και πέφτει πρώτο αυτό, οπότε εφόσον διακόπτεται το κύκλωμα δεν πέφτει μετά και ο μικροαυτόματος. Προσωπικά πιστεύω ότι αν πέσει πρώτα ο μικροαυτόματος, αυτό είναι ένδειξη ότι το ρελέ δεν λειτουργεί σωστά και πρέπει να αλλαχτεί. Υπάρχει φυσικά και η πιθανότητα και τα δύο μέσα να έχουν ακριβώς τον ίδιο χρόνο αντίδρασης και να πέσουν ταυτόχρονα.

52 Συμπεράσματα Ασφάλειες και ρελέ επιτελούν δύο εντελώς διαφορετικούς σκοπούς Είναι απαραίτητο να υπάρχουν και τα δύο μέσα προστασίας Σκοπός των ασφαλειών είναι η προστασία των καλωδιώσεων από υπερθέρμανση που μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά Οι ασφάλειες ΔΕΝ προστατεύουν από ηλεκτροπληξία! Το ρελέ διαφυγής διακόπτει την παροχή όταν εντοπίσει διαρροή ρεύματος προς τη γείωση. Επομένως δεν αφήνει να δημιουργηθούν επικίνδυνες τάσεις σε εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη και δεν επιτρέπει τη διέλευση ρεύματος από το ανθρώπινο σώμα