Способы защиты от поражения электрическим током в электроустановках

Общие сведения. Существуют следующие способы защиты, применяемые отдельно или в сочетании друг с другом: защитное заземле­ние, зануление, защитное отключение, электрическое разде ление сетей разного напряжения, применение малого напря­жения, изоляция токоведущих частей, выравнивание потенциалов.

В электроустановках ЭУ напряжением до 1000 В с изоли­рованной нейтралью и в ЭУ постоянного тока с изолирован­ной средней точкой применяют защитное заземление в соче­тании с контролем изоляции или защитное отключение.

В этих электроустановках сеть напряжением до 1000 В, связанную с сетью напряжением выше 1000 В через; транс­форматор, защищают от появления в этой сети высокого на­пряжения при повреждении изоляции между обмотками низ­шего и высшего напряжения пробивным предохранителем, который может быть установлен в каждой фазе на стороне низшего напряжения трансформатора.

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью или заземленной среднем точкой в ЭУ постоянного тока применяется зануление или защитное от­ключение. В этих ЭУ заземление корпусов электроприемников без их зануления запрещается.

Защитное отключение применяется в качестве основного или дополнительного способа защиты в случае, если не может быть обеспечена безопасность применением защитного зазем­ления или зануления или их применение вызывает трудности.

При невозможности применения защитного заземления, зануления или защитного отключения допускается обслуживав ние ЭУ с изолирующих площадок.

Защитное заземление. Заземлением (рис. 4.7) называется соединение с землей нетоковедущих металлических частей электрооборудования через металлические детали, закладываемые в землю и назы­ваемые заземлителями, и детали, прокладываемые между заземлителями и корпусами электрооборудования, называемые заземляющими проводниками. Проводники и заземлители обыч­но делаются из низкоуглеродистой стали, называемой в про­сторечии железом.

Заземлители в виде штырей, вбиваемых в землю, называ­ются электродами, к могут быть одиночными или групповыми. Заземлитель имеет характеристики, обусловленные стеканием по нему тока в землю. К характеристикам заземлителя отно­сятся:

напряжение на заземлителе;

Рис. 4:7. Схема заземления в сети с изолированной нейтралью при наличии короткого замыкания:

Zс, Zb — полные сопротивления проводов сети относительно земли; Iк — ток короткого замыкания; Р — разрядник.

изменение потенциалов точек в земле вокруг заземлителя в зависимости от их расстояния от заземлителя в зоне расте­кания тока — вид потенциальной кривой;

вид линий равного потенциала — эквипотенциальных ли­ний на поверхности земли;

сопротивление заземляющего устройства;

напряжения прикосновения и шага.

На рис. 4.8 показана схема простого заземлителя в виде стержня или трубы, забиваемых в землю и вид потенциальных •кривых и эквипотенциальных линий.

Рис. 4.8. Распределение потенциалов у поверхности земли в зоне растекания одиночного заземлителя:

1 — заземляющий проводник; 2 — заземлитель; 3 — эквипотенциальные линии;

Оφ — ось величин потенциала; Оx: — ось расстояний от заземлителя; φ(х) — потенциальная кривая; Iз — ток в заземяителе; φ3 = U3 _ напряжение на заземлителе.

При расстоянии менее 40 м между одиночными заземлителями в групповом заземлителе их зоны растекания накладыва­ются друг на друга, и получается одна зона растекания группового заземлите ля, которой соответствует своя потенциаль­ная кривая.

Напряжение прикосновения

Напряжением прикосновения называется напряжение на корпусе электрооборудования с поврежденной изоляцией, к которому может прикоснуться человек. Это напряжение зави­сит от состояния заземления, расстояния между человеком и заземлителем, сопротивления основания, на котором стоит человек.

На рис. 4.9, а показано влияние положения человека от­носительно заземлителя при одиночном заземлителе на вели­чину напряжения прикосновения. Напряжение прикосновения максимально в положении / человека, когда он стоит в зоне нулевого потенциала и касается заземленного оборудования; равняется нулю в положении 2, когда человек стоит на зазем­лителе или его проекции на поверхность земли, в некотором промежуточном положении человека напряжение прикосно­вения имеет промежуточное значение, которое меняется от О до Uз.

а) б)

Рис. 4.9. Зависимость напряжения прикосновения от расстояния между человеком и заземлителем при а) одиночном и 6) групповом заземлителях:

Uпр — напряжение прикосновения.

На рис. 4.9, б показана зависимость напряжения прикос­новения от положения человека при групповом заземлителе.

В этом случае Uпр имеет наибольшее значение в положении 1 человека, когда он находится между электродами заземлителя, наименьшее значение в положении 2, когда он стоит на заземлителе или его проекции на поверхность земли, в любом

промежуточном положений (Упр изменяется от 0 до максимального значения.

При одиночном и групповом заземлителях напряжение прикосновения

Uпр = Uзα1α2

где Uз — напряжение на заземлителе, В; α1— коэффициент прикосновения, максимальное значение которого равно 1; α2 — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения на сопротивлении основания, на котором

стоит человек. Максимальное значение этого коэффициента

α2max = Rт/(Rт+1,5ρ)

где Rт — сопротивление тела человека, Ом; ρ — удельное сопротивление земли, где стоит человек, Ом·м (табл. 4.1).

Напряжение шага

Напряжение шага возникает между ногами человека, стоя­щего на земле, из-за разности потенциалов на поверхности земли при растекании в земле тока замыкания на землю. Напряжение шага отсутствует, если человек стоит или на ли­нии равного потенциала, или вне зоны растекания тока, т.е. на расстоянии более 20 м от заземлителя.

На рис. 4.10 показана зависимость величины напряжения шага от расстояния между человеком и одиночным заземлителм. Напряжение шага наибольшее в положении 1человека, когда он стоит одной ногой на заземлителе. В положении человека между заземлителем и зоной нулевого потенциала, когда шаг направлен по радиусу к заземлителю, напряжение шага имеет промежуточное значение.

Напряжение шага при одиночном и групповом заземлителях

Uш = Uз·β1·β2

где Uз — напряжение на заземлителе; β1 — коэффициент напряжения шага, зависит от вида заземлителя (β1 < 1 и для группового заземлителя из вертикальных электродов β1 =0,6); β2 — коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения шага на сопротивлении основания, на котором стоит человек.

Рис.4.10. Величина напряжения шага в зависимости от расстояния между человеком и заземлителем: Uш — напряжение шага.

Максимальное значение этого коэффициента

β2max = Rт/(Rт+6ρ)

где Rт — сопротивление тела человека, Ом; ρ — удельное сопротивление земли, где стоит человек, Ом·м (табя. 4.1).

Заземление предназначается для устранения опасности поражения человека электрическим током во время прикосно­вения к нетоковедущим частям, находящимся под напряжени­ем. Это достигается путем снижения до безопасных пределов напряжения прикосновения и шага за счет малого сопротивле­ния заземлителя. Областью применения защитного заземления являются сети переменного и постоянного тока с изолированной нейтралью источника напряжения или трансформатора.

Не требуют защитного заземления электроустановки пе­ременного тока напряжением до 42 В и постоянного тока до 110 В.

Величина сопротивления заземляющего устройства норми­руется «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Эта величина для электроустановок до 1000 В с изолированной нейтралью должна быть не более 4 Ом, а если мощность питающих сеть генераторов или трансформаторов, или их сум­марная мощность не более 100 кВА, то сопротивление должно быть не более 10 Ом.

Для заземления могут быть использованы детали уже су­ществующих сооружений, которые называются естественными заземлителями:

металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;

металлические трубопроводы, проложенные в земле, за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; обсадные трубы скважин и т. д.

Наименьшие размеры электродов искусственных заземли­телей:

диаметр круглых электродов, мм

неоцинкованных................... 10

оцинкованных.................... 6

сечение прямоугольных электродов, мм2...

толщина прямоугольных электродов, мм...... 4

толщина полок угловой стали, мм......... 4

В качестве заземляющих и нулевых (см. ниже) проводни­ков, соединяющих корпуса оборудования с заземлителями, могут применяться:

специальные проводники;

металлические конструкции оборудования и зданий;

стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей;

металлические открыто расположенные трубопроводы всех назначений, за исключением трубопроводов для горючих жид­костей и газов, канализации и центрального отопления.

Запрещается использовать в качестве заземляющих и ну­левых проводников алюминиевые провода для прокладки в земле, металлические оболочки трубчатых проводов, несущие тросы тросовой проводки, металлорукава, броню и свинцовые оболочки проводов и кабелей.

Минимальные размеры заземляющих и нулевых проводни­ков показаны в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Проводники присоединяют к корпусам оборудования свар­кой или болтовым соединением с обеспечением доступности для контроля или переделки при ухудшении контакта. После­довательное включение в цепь заземления или зануления от­дельных корпусов оборудования запрещается.

При монтаже заземляющих устройств монтажной органи­зацией контроль за работами производится со стороны заказ­чика. При этом отдельно принимаются работы, которые впо­следствии будут скрыты, и в это время, а не после, подписыва­ются акты на скрытые работы.

Монтажные организации сдают заказчику всю документа­цию на заземляющие устройства. На каждое устройство заво­дится паспорт, в котором отмечаются все изменения, резуль­таты осмотров и измерений.

При проверке состояния заземления периодически прово­дятся осмотр видимой части, проверка цепи между заземлите-: лем и заземляемыми элементами, измерение сопротивления заземляющего устройства, выборочное вскрытие грунта для осмотра элементов, находящихся в земле.

Во время приемо-сдаточных испытаний измеренные значег ния сопротивлений умножают на коэффициент сезонности, который берется из таблиц в справочной литературе.

Зануление

Зануленме (рис. 4.12) предусматривает глухое заземление нейтрали источника или трансформатора трехфазного тока, одного вывода источника однофазного тока, наличие нулево­го провода и его повторного заземления.

Рис. 4.12. Схема зануления при наличии короткого замыкания фазы А

на корпус и замыкания фазы Сна землю:

д/ — нулевой проводник; V» — ток замыкания на землю; 4(— ток короткого

замыкания; /?зм — сопротивление заземления нулевого провода; Кж „^ — то же

повторное; Яэди — сопротивление замыкания фазы на землю.

Заземление нейтрали источника тока имеет целью пони­зить напряжение на корпусах оборудования и на нулевом проводе, с которым эти корпуса соединены, до безопасного значения при замыкании фазного проводника на землю, при этом создается путь для тока 4>-з (рис. 4.12).

Нулевой защитный проводник предназначен для увеличе­ния тока короткого замыкания /к с целью воздействия этого тока на защиту. Увеличение /к происходит за счет уменьшения сопротивления току при наличии нулевого провода по сравне­нию с тем, если бы ток шел через землю.

Повторное заземление нулевого провода предназначено для снижения напряжения на корпусах оборудования при за­мыкании фазы на корпус как при исправном, так и при обо­рванном нулевом проводе.

Зануление в электроустановках до 1000 В применяется в 4-проводных сетях с гяухозаземленной нейтралью трансфор-

матора или генератора, в сетях с заземленным выводом источ­ника однофазного тока, в сетях с заземленной средней точкой источника постоянного тока. Зануление выполняется в тех же случаях, что и защитное заземление.

В качестве нулевых защитных проводников используются нулевые рабочие проводники, за исключением проводников к передвижным электроприемникам. В цепи нулевых защитных проводников не должно быть аппаратов, разъединяющих эти проводники, в том числе предохранителей.

Проверка зануления на соответствие требованиям ПУЭ производится во время монтажа, при сдаче после монтажа и при эксплуатации.

Проверяют следующие параметры:

сопротивление заземлений нейтрали и повторных;

отношение тока однофазного КЗ на корпус и номинально­го тока плавкой вставки предохранителя или тока уставки автомата на контролируемом участке сети, причем это отно­шение должно быть не менее 3, а для автоматов только с электромагнитными расцепителями на номинальный ток до 100 А кратность должна быть не менее 1,4 и для автоматов иа ток более 100 А — 1,25.

4.4.3. Защитное отключение

Устройство защитного отключения (УЗО) состоит из чув­ствительного элемента, реагирующего на изменение контролируемой величины, и исполнительного органа, отключающего соответствующий участок сети.

Чувствительный элемент может реагировать на потенциал корпуса, ток замыкания на землю, напряжение и ток нулевой последовательности, оперативный ток. В качестве выключате­лей могут применяться контакторы, магнитные пускатели, ав­томатические выключатели с независимым расцепителем, спе­циальные выключатели для УЗО.

Назначение УЗО — защита от поражения электрическим током путем отключения ЭУ при появлении опасности замыка­ния на корпус оборудования или непосредственно при касании токоведущих частей человеком.

УЗО применяется в ЭУ напряжением до 1000 В с изолиро­ванной или глухозаземленной нейтралью в качеству основного или дополнительного технического способа защиты, если без­опасность не может быть обеспечена путем применения зазем­ления или зануления или если заземление или зануление не могут быто выполнены по некоторым причинам.

УЗО обязательно для контроля изоляции и отключения ЭУ при снижении сопротивления изоляции в ЭУ специального на­значения, например, в подземных горных выработках (реле утечки).

Примером УЗО является защитно-отключающее устройст-во дгипа ЗОУП—25, предназначенное для отключения и включе­ния силовых трехфазных цепей при напряжении 380 В и токе 25 А в системах с глухозаземленной нейтралью, а также для защиты людей при касании токоведущих частей или корпусов оборудования, оказавшихся под напряжением.

4.4.4. Электрическое разделение сетей

Электрическое разделение сетей осуществляется через специальный разделительный трансформатор, который отде­ляет сеть с изолированной или глухозаземленной нейтралью от участка сети, питающего электроприемник. При этом связь между питающей сетью и сетью приемника осуществляется через магнитные поля, участок сети приемника и сам приемник не связываются с землей. Разделительный трансформатор представляет собой специальный трансформатор с коэффи­циентом трансформации, равном единице, напряжением не более 380 В, с повышенной надежностью конструкции и изо­ляции. От трансформатора разрешается питание не более од­ного приемника с током не более 1.5 А. В качестве раздели­тельных трансформаторов могут быть использованы трансформаторы понижающие со вторичным напряжением не более 42 В, если они удовлетворяют требованиям к разделительно­му трансформатору.

4.4.5. Использование малого напряжения

Малое напряжение (не более 42 В между фазами и по отношению к земле) применяется для ручного инструмента, переносного и местного освещения в любых помещениях и вне их. Оно применяется также в помещениях с повышенной. опасностью и особо опасных для питания светильников мест­ного стационарного освещения, если они расположены на высоте менее 2,5 м. Распространено в применении напряже­ние 36 В, а в замкнутых металлических емкостях должно применяться напряжение не более 12 В.

Дата добавления: 2014-01-15