Wielu elektromonterów na pytanie o układy sieci SELV, PELV oraz FELV odpowiada, że nie znają. I mało tego – pytają „na co mi to wiedzieć?” Poniżej postaram się możliwie jak najlepiej odpowiedzieć na to pytanie.
Na powyższe pytanie, najprościej odpowiedzieć pytaniem: czy masz telefon? W obecnych czasach naprawdę ciężko o kogoś kto nie posiada telefonu, a więc praktycznie każdy z nas ma co dzień do czynienia z układem SELV. I tu nie chodzi w żadnym przypadku o elektronikę zawartą w telefonie, tylko o ładowarkę sieciową. W takim przypadku można się spodziewać kolejnych pytań w stylu: „po co się zastanawiać skoro to jest 5V stałego, które nikomu nie zrobi krzywdy”. Owszem, 5V DC ma nikłe szanse (poza bardzo szczególnymi wyjątkami) wyrządzić krzywdę człowiekowi, ale proszę teraz spytać: co jest z drugiej strony ładowarki?
Oczywiście jest pełne 230V AC z sieci. Wiele osób widzi magiczny napis 5V i często nawet nie da się wytłumaczyć typowemu użytkownikowi takiego sprzętu, iż wewnątrz ładowarki znajduje się izolacja między jedną a drugą stroną – w wielu przypadkach jest to między innymi powietrze znajdujące się między ścieżkami – w serwisie Youtube wiele osób pokazywało iż grubość tej izolacji, a właściwie odległość między ścieżkami strony gorącej (230V) a zimnej (5V) w tańszych ładowarkach jest mniejsza niż jeden milimetr.
Wystarczy odrobina skroplonej wilgoci, jeden artykuł w mediach i już wielkie głowy na forach internetowych się zastanawiają w jaki sposób kogoś zabiło 5V. Osobiście wiele razy się przekonałem, iż większości osób nie da się wytłumaczyć, że to nie było 5V tylko 230V, które „przeszło” przez ładowarkę, ciało człowieka oraz podłoże tym samym zamykając obwód.
Na tych samych filmach można nie raz zobaczyć, że ww. odległość między ścieżkami to najmniejszy problem – najbardziej można się przerazić widząc grubość izolacji wewnątrz małych transformatorków w najtańszych ładowarkach – można by pomyśleć, że nikt nie będzie aż tak oszczędzał na czyimś bezpieczeństwie, ale jednak… Taka jest brutalna prawda.
Powyższy przykład z ładowarkami jest tylko niewielkim wycinkiem problemu układów ELV, których obecnie jest coraz więcej i więcej. W innym moim artykule pisałem jak to przekonałem się o tym na własnej skórze, choć to nie była ładowarka od telefonu, tylko od laptopa – ale zasada identyczna.
Powiedzmy, że izolacja jest niezwykle gruba, wytrzymała a cały zasilacz lub transformator znajduje się w żywicy. Tylko kto będzie używał zasilaczy lub ładowarek, które są tak duże i ciężkie? Zamiast tego stosuje się izolację w rozsądnych granicach, a w razie jej uszkodzenia, stosuje się inne metody zabezpieczenia przed porażeniem.
Jednym ze sposobów jest zastosowanie układu PELV zamiast SELV. Poniżej znajdują się schematy poglądowe obu układów zaczerpnięte z serwisu Wikipedia:
Na powyższych przykładach pokazany jest klasyczny transformator. Często jednak stosowany jest zasilacz impulsowy, który w przeciwieństwie do trafa nie wymaga dobezpieczenia (zasilacz powinien posiadać własne zabezpieczenia) oraz przeważnie ma mniejsze rozmiary. Jednak te zalety są obarczone dość istotnymi wadami. Poza oczywistą większą awaryjnością istnieje ryzyko analogicznie jak z wyżej wspomnianymi ładowarkami.
Warto tutaj wspomnieć, iż bardzo wiele zasilaczy (ładowarek) do laptopów, używa PE nie tylko do filtra EMI, lecz pracują one w układzie PELV, a nie tak jak wielu błędnie sądzi – w SELV. Z jednej strony zwiększa to bezpieczeństwo, ale z drugiej strony niweluje to przedostawanie się niewielkiego napięcia zmiennego (kondensator jaki się tworzy między obiema stronami zasilacza), które może mieć bardzo negatywny wpływ na prawidłową pracę touchpada (myszka dotykowa pod klawiaturą) czy nawet ekranu dotykowego – jeśli akuratnie takowy jest.
W wspomnianym przypadku porażenia prądem z ładowarki, widać jeszcze jedną wadę układu SELV i nawet PELV, o czym zwykle większość osób nie wie, do momentu aż dojdzie do tragedii. Zasilacze impulsowe SELV/PELV potrzebują napięcia DC a nie AC, wobec czego posiadają wewnątrz mostek prostowniczy (mostek Graetza lub jednopołówkowy), co też dotyczy zasilaczy beztransformatorowych FELV, które omówię w dalszej części artykułu.
W tym momencie trzeba zaznaczyć czym jest doziemienie, gdyż wiele osób myli to pojęcie z uziemieniem. Doziemienie to inaczej połączenie przewodu pod napięciem (np. faza) z ziemią – niekoniecznie poprzez uziom lub PE instalacji.
Podczas wystąpienia doziemienia za mostkiem prostowniczym prąd płynący do ziemi ma charakter wyprostowany jednopołówkowo, wobec czego wyłącznik różnicowo-prądowy (RCD, różnicówka) typu AC przy takim prądzie różnicowym w większości wypadków nie zadziała i nie wyłączy, nawet jeśli ten prąd wielokrotnie przekroczy znamionowy prąd różnicowy wyłącznika. Można to bardzo łatwo sprawdzić za pomocą zwykłej diody prostowniczej oraz np. żarówki 100W. Połączyć żarówkę szeregowo z diodą, a następnie wymusić prąd różnicowy na RCD – np. podłączając jeden biegun przed i jeden za wyłącznikiem. Zdecydowana większość różnicówek nie wyłączy.
Jak widać, układ SELV nie jest tak bezpieczny jak go malują – właśnie z tego powodu, że w większości instalacji wyłącznik RCD montowany jest typu AC, a nie – jak być powinno – typu A, który jest niewiele droższy. Mimo to przeważnie montowany jednak jest właśnie typ AC, co wynika z niewiedzy elektromontera, a niejednokrotnie nawet i projektanta.
Nim przejdziemy do ostatniego typu układu sieci – FELV, pozwolę sobie rozwinąć te skróty, co znacznie ułatwia zapamiętanie i rozróżnienie tych układów:
ELV – Extra Low Voltage,
SELV – Safety Extra Low Voltage lub Separated Extra Low Voltage,
PELV – Protected Extra Low Voltage,
FELV – Functional Extra Low Voltage.
Układ FELV jak nazwa wskazuje, oznacza bardzo niskie napięcie do celów funkcjonalnych. Przykładowo często się go spotyka w oświetleniu LED oraz niektórych urządzeniach elektronicznych potrzebujących zasilania o bardzo małej mocy (zasilacze beztransformatorowe). Od SELV różni się w dużym uproszczeniu brakiem separacji galwanicznej – czyli może być lub jest połączony z źródłem zasilania o niebezpiecznie wysokim napięciu. Napięcie oczywiście mierzymy między dwoma punktami – mierząc na biegunach wyjściowych możemy mieć np. 3V, ale mierząc między biegunem a ziemią może być 230V AC, a czasami nawet więcej. Przykład prostego zasilacza beztransformatorowego można zobaczyć poniżej:
Podsumujmy układy sieci ELV w paru punktach dla każdego z nich:
FELV (Functional Extra Low Voltage)
- Bardzo niskie napięcie funkcjonalne, które nie służy w celach ochrony przed porażeniem, tylko w celach funkcjonalnych (najczęściej drobna elektronika).
- W układzie FELV należy stosować te same zabezpieczenia przed porażeniem co w pozostałych układach nN (ochrona podstawowa, dodatkowa oraz uzupełnienie ochrony podstawowej).
- Ze względu na obecność mostka prostowniczego, jako uzupełnienie ochrony podstawowej, należy stosować RCD typu A, czyli reagującego na prąd wyprostowany jednopołówkowo (pulsujący).
SELV (Safety/Separated Extra Low Voltage)
- Bardzo niskie napięcie odseparowane od sieci.
- Transformator lub zasilacz musi posiadać izolację podwójną lub wzmocnioną.
- Dopuszczalne jest stosowanie izolacji pojedynczej w przewodach.
- W przypadku prowadzenia przewodów razem z innymi przewodami o wyższym napięciu, należy stosować izolację na to samo napięcie, lub zastosować uziemioną metalową przegrodę.
- Obwody, jak i gniazda zasilania SELV nie mogą mieć przewodu/styku PE oraz mają uniemożliwiać podłączenie innego napięcia – poprzez zastosowanie innych gniazd.
- W przypadku obecności zasilacza lub transformatora i mostka za nim, jako uzupełnienie ochrony podstawowej, należy stosować RCD typu A, czyli reagującego na prąd wyprostowany jednopołówkowo (pulsujący).
PELV (Protected Extra Low Voltage)
- Bardzo niskie napięcie z jednym biegunem połączonym z PE (uziemieniem ochronnym) sieci.
- Transformator lub zasilacz musi posiadać izolację podwójną lub wzmocnioną.
- Dopuszczalne jest stosowanie izolacji pojedynczej w przewodach.
- W przypadku prowadzenia przewodów razem z innymi przewodami o wyższym napięciu, należy stosować izolację na to samo napięcie, lub zastosować uziemioną metalową przegrodę.
- Stosowanie RCD typu A jest również zalecane jak przy zasilaczach SELV, mimo iż ryzyko jest nieco mniejsze ze względu na połączenie z PE.
