Do czego służy system oznaczania stopni ochrony?

Wykorzystywanie urządzeń elektrycznych wiąże się z możliwością awarii i porażeniem prądem, dlatego przy ich konstruowaniu stosuje się wiele typów zabezpieczeń, które ograniczają lub eliminują to ryzyko. Jednym ze sposobów na zapewnienie wysokiego bezpieczeństwa zarówno użytkownikowi konkretnego sprzętu, jak i jego konserwatorowi jest używanie różnej konstrukcji obudów, które ograniczają dostęp do elementów znajdujących się pod napięciem. Jednocześnie taki rodzaj ochrony wiąże się z podniesieniem niezawodności urządzenia czy maszyny, w którym z niego skorzystano, ponieważ zmniejsza ryzyko wystąpienia zwarć powstających wskutek przedostawania się do wnętrza wody i zmniejsza szanse na to, że jakieś ciało obce mające kontakt z dowolnym podzespołem będzie miało wpływ na jego działanie. Dla precyzyjnego wskazania rodzaju czynników, przed którymi może chronić obudowa urządzenia elektrycznego, wykorzystuje się wskaźnik stopni ochrony, oznaczany kodem IP. Przekonajmy się, jaka jest specyfika tego parametru i zobaczmy, jakie wartości może on przyjmować.

Porażenie prądem elektrycznym i sposoby ochrony przed nim

Konieczność ochrony przed skutkami porażenia prądem elektrycznym wynika z jego możliwych następstw dla organizmu człowieka. W normalnych warunkach za bezpieczny uznaje się przepływ napięcia nieprzekraczającego 50 V dla prądu zmiennego (AC) i 120 V dla prądu stałego (DC). Przy zwiększonej wilgotności wartości te maleją do około 25 V AC oraz 60 V DC. Jeśli w grę wchodzi woda w stanie ciekłym to napięcie, które nie wywoła żadnych negatywnych skutków, wynosi zaledwie 12 V AC i 30 V DC. Dla efektów, jakie wywoła porażenie, znaczenie ma także powierzchnia ciała, jaka zetknie się z elementem pozostającym pod napięciem, wywierany nacisk oraz natężenie prądu. Jeśli chodzi o skutki porażenia, to najczęściej dochodzi do oparzenia związanego z rozgrzaniem się elementu pod wpływem zwarcia oraz wywołanego przepływem prądu – przy dużych napięciach w grę wchodzi zwęglenie ciała. Skutkami porażenia o nasileniu zależnym od właściwości prądu, stanu zdrowia oraz warunków zewnętrznych są też skurcze mięśni, a także pojawiający się ból, zaburzenia krążenia, zatrzymanie oddechu, zaburzenie lub utrata wzroku i słuchu, kłopoty z zachowaniem równowagi oraz utrata przytomności. Skutkiem porażenia może być również śmierć.

Większość urządzeń elektrycznych posiada zabezpieczenia chroniące użytkownika przed porażeniem. W maszynach i urządzeniach montowane są bezpieczniki w postaci wyłączników różnicowoprądowych, bezpieczników topikowych czy automatycznych przeznaczonych dla różnych prądów i obwodów, a także uziemienie czy wszelkiego rodzaju izolacje. Jednym z najbardziej niezawodnych i uniwersalnych sposobów na ograniczenie dostępu do instalacji elektrycznej, a jednocześnie ochronienie jej przed wpływem warunków zewnętrznych jest zamknięcie całego układu lub jego najistotniejszych części w specjalnej obudowie. Takie rozwiązanie jest stosowane powszechnie np. w przypadku opraw, niektórych urządzeń elektronicznych, choćby montowanych w samochodach terenowych czy na łodziach, a także w wielu maszynach i urządzeniach przemysłowych.

Podstawowym zabezpieczeniem urządzeń elektrycznych, które ma zapobiegać ryzyku porażenia, jest stosowanie w nich odpowiedniego uziemienia obudowy. Istnieją cztery klasy ochronności urządzeń elektrycznych wskazujące na to, jakie rozwiązania są w nich wykorzystane w celu zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej. Najniższą ochronę zapewniają urządzenia w klasie ochronności 0, ponieważ poza izolacją użytych do ich budowy przewodów nie znajdują się w nich żadne dodatkowe zabezpieczenia. Urządzenia o klasie ochronności I są wyposażone w zaciski pozwalające na podłączenie przewodu ochronnego obudowy, a zatem do podłączenia obudowy do uziemienia i zabezpieczenie jej za sprawą właściwego bezpiecznika rozłączającego zasilania w razie wystąpienia przebicia. Urządzenia w klasie ochronności II – w tym przypadku nie stosuje się zacisków umożliwiających połączenie z przewodem uziemiającym, jednak elementy mają podwójną wzmocnioną izolację. Urządzenia w klasie ochronności III są zasilane niskim napięciem – co najwyżej 50 V dla prądu zmiennego i 120 V dla prądu stałego – z tego powodu nie stanowią zagrożenia, nie są w nich więc stosowane zaciski do podłączenia uziemienia.

Metody zabezpieczania urządzeń elektrycznych przed wpływem warunków zewnętrznych

Poziom ochrony zapewniany przez konkretną obudowę przed oddziaływaniem środowiska, a zarazem wskazujący na możliwość ewentualnego porażenia podczas kontaktu z nią jest określany przez stopień ochrony IP (International Protection Rating). Pokazuje on zarówno poziom zabezpieczenia przed wnikaniem do urządzenia ciał stałych, jak i wody, a także określa możliwości dostępu do wnętrza obudowy. Wskaźnik IP ma postać dwucyfrowego kodu, który może także zawierać dodatkowe oznaczenia literowe. Wszystkie właściwości związane z poszczególnymi wartościami kodu IP są określone w PN-EN 60529:2003 „Stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy (Kod IP)”. Określa ona charakterystykę obudów urządzeń, które są zasilanie napięciem znamionowym nieprzekraczającym 72,5 kV.

Pierwsza cyfra kodu IP oznacza poziom ochrony przed wnikaniem do obudowy ciał stałych. Może ona zostać zastąpiona literą X, jeśli w konkretnym przypadku parametr ten nie został podany. Kod IP dotyczący wnikania ciał stałych może przybierać wartości od 0 do 6. Oznaczenie IP 0… oznacza, że urządzenie nie jest chronione przed dostępem ciał stałych. Oznaczenie IP 1… wskazuje, że obudowa zabezpiecza przed ciałami stałymi o wielkości 50 mm, a także przed dotknięciem wnętrza urządzenia wierzchem dłoni. IP 2… to z kolei wskazanie, że obudowa będzie barierą dla ciał stałych o wielkości 12,5 mm, a także jest równoznaczne z ryzykiem dotknięcia wnętrza palcem. IP 3… będzie pokazywało, że do obudowy nie przedostaną się elementy o rozmiarach 2,5 mm, a wnętrza można dosięgnąć za pomocą narzędzia. W przypadku IP 4… do obudowy nie wnikną ciała stałe mające wielkość 1 mm, a wnętrze jest dostępne przy użyciu drutu. Jeśli obudowa na oznaczenie IP 5… to do jej wnętrza nie może trafić pył, w takiej ilości, by był w stanie zagrozić działaniu urządzenia. Stopień ochrony IP 6… jest równoznaczny z kompletną pyłoszczelnością obudowy.

Druga cyfra kodu IP pokazuje, w jakim stopniu wnętrze urządzenia jest chronione przed kontaktem z wodą. Kod IP …0 jest równoznaczny z brakiem jakiejkolwiek ochrony w tym zakresie. Kod IP …1 pokazuje, że wnętrze obudowy jest zabezpieczone przed padającymi na nie kroplami wody. Kod IP …2 to z kolei ochrona przed kroplami wody padającymi pod kątem 15 stopni. IP …3 będzie wskazywał na to, że obudowa nie przepuści wody natryskiwanej pod kątem 60 stopni. Znak IP …4 jest zaś potwierdzeniem faktu, że wnętrze jest zabezpieczone przed bryzgami wody z dowolnego kierunku. Dla kodu IP …5 obudowa będzie się charakteryzowała wytrzymałością na działanie strugi wody o przepływie 12,5 litra na minutę. Oznaczenie IP …6 jest równoznaczne ze szczelnością obudowy na strugę wody o przepływie 100 litrów na minutę. Jeśli na obudowie widnieje symbol IP …7, to obudowa zabezpiecza przed skutkami krótkotrwałego 30-minutowego zanurzenia w wodzie na głębokość 15 cm powyżej górnej krawędzi. W przypadku stopnia ochrony IP …8 obudowa jest odporna na ciągłe zanurzenie w wodzie.

Warto wspomnieć, że norma niemiecka DIN (Deutsches Institut für Normung) przewiduje także 3 dodatkowe stopnie ochrony, a zatem IPX4K – odporność na bryzgi wody o zwiększonym ciśnieniu, IPX6K – ochronę przed strumieniem wody o zwiększonym ciśnieniu, jak również IPX9K – zabezpieczenie przed wysokim ciśnieniem wody w trakcie czyszczenia strumieniowego.

Norma PN-EN 60529:2003 przewiduje również możliwość oznaczenia obudowy dwoma dodatkowymi literami. Literą pojawiająca się zaraz po drugiej cyfrze kodu może być A, B, C lub D. Odnoszą się one do sytuacji, w których oferowana przez obudowę ochrona przed dostępem jest większa, niż wynika to z oznaczenia cyfrowego. Dla litery A będzie to oznaczało ochronę przed dostępem do części niebezpiecznych wierzchem dłoni i będzie stosowane jedynie dla IP …0. Litera B oznacza ochronę przed dostępem do części niebezpiecznych palcem i będzie stosowana z IP …0 albo IP …1. Litera C to z kolei zabezpieczenie przed dostępem do części niebezpiecznych narzędziem, a jej stosowanie jest możliwe z IP …0, IP …1 albo IP …2. Litera D to wskazówka o ochronie przed dostępem do części niebezpiecznych drutem, która może być łączona z IP …0, IP …1, IP …2 albo IP …3.

Do kodu IP może być także dodana jeszcze jedna litera dodatkowa. Będzie to litera H – dla oznaczenia aparatów wysokiego napięcia, litera M – pokazująca, że badano szkodliwe efekty wpływu wody w momencie, gdy ruchome części urządzenia pracują, litera S – wskazująca, iż badano szkodliwe efekty wpływu wody w momencie, gdy ruchome części urządzenia nie pracowały oraz litera W – określająca, że urządzenie nadaje się do stosowania w określonych warunkach pogodowych przy zapewnieniu dodatkowych zabiegów lub środków ochrony.