Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственн

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов (рис. 7.26). Такое соединение представляет, по существу, радиальную систему заземления проводящих частей, расположенных в здании. Потенциал каждого проводника будет равен потенциалу ГЗШ, а разность потенциалов между отдельными проводниками вне зависимости от потенциала ГЗШ будет равна нулю.

Водонагреватель

РС

N N

РЕ

N

РЕ

L L

N

РЕN РЕ

Рис. 7.26. Пример выполнения уравнивания потенциалов в электроустановке здания с системой TN-C-S

121

2. Дополнительная система уравнивания потенциалов. В реальных условиях эксплуатации не всегда удается избежать протекания значимых токов утечки, а также токов короткого замыкания по РЕ-проводникам и имеющим непреднамеренное соединение с ними сторонним проводящим частям (металлические трубы, металлоконструкции здания и пр.), поэтому выполняют дополнительное уравнивание потенциалов.

Уравнивания потенциалов должны охватывать все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарных электроустановок и сторонние проводящие части, в том числе металлические части строительных конструкций зданий.

К системе уравнивания потенциалов также должны быть подключены защитные проводники всего электрооборудования (в том числе штепсельных розеток).

Для эффективной работы системы уравнивания потенциалов сопротивление между одновременно доступными открытыми проводящими частями и сторонними проводящими частями должно удовлетворять условию

R ≤ 50 ,

Ia

где Ia – ток уставки защитного устройства: для устройств, срабатывающих от дифференциального тока, – I∆n; для устройств защиты от сверхтока – ток, обеспечивающий срабатывание за время не более 5 с.

7.4.7. СВЕРХНИЗКИЕ (МАЛЫЕ) НАПРЯЖЕНИЯ

Сверхнизким (малым) называется номинальное напряжение не более 50 В переменного и не более 120 В постоянного тока, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током.

Если номинальное напряжение электроустановки не превышает длительно допустимой величины напряжения прикосновения, то даже одновременный контакт человека с токоведущими частями разных фаз или полюсов безопасен. Наибольшая степень безопасности достигается при напряжениях до 10 В, так как при таком напряжении ток, проходящий через человека, не превысит 1–1,5 мА. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, где сопротивление электрической цепи человека может быть значительно снижено, ток, проходящий через человека, может в несколько раз превысить эту величину. Однако даже если принять сопротивление тела человека равным 1000 Ом, то при напряжении 10 В ток не превышает величины длительно допустимой при случайном прикосновении – 10 мА.

На практике применение очень малых безопасных напряжений ограничено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бытовыми приборами (игрушки, карманные фонари, электробритвы и т. п.). Сверхнизкое напряжение применяется, например, для питания ручного электрифицированного инструмента (класса III); местного освещения на станках; ручных светильников в помещениях с повышенной

122

и особой опасностью; светильников общего освещения с лампами накаливания при высоте их подвеса менее 2,5 м. При работах в особо неблагоприятных условиях должны применяться ручные светильники напряжением не выше 12 В.

Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) в электроустановках напряжением до 1 кВ может быть применено для защиты от поражения электрическим током при прямом и/или косвенном прикосновениях в сочетании с защитным электрическим разделением цепей или в сочетании с автоматическим отключением питания.

Вкачестве источника питания цепей СНH в обоих случаях следует применять безопасный разделительный трансформатор в соответствии с ГОСТ 30030 «Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы» или другой источник СНН, обеспечивающий равноценную степень безопасности: гальванические элементы, аккумуляторы, выпрямители, преобразователи. Категорически запрещается использовать для этой цели автотрансформаторы, а также резисторы или реостаты, включенные по схеме потенциометра, так как эти устройства имеют гальваническую (электрическую) связь между первичной и вторичной сторонами, что создает опасность электропоражения. Заметим, что в понижающем трансформаторе связь между обмотками – электромагнитная.

Взависимости от режима нейтрали питающей сети следует заземлять или занулять корпус понижающего трансформатора, а также один из выводов вторичной обмотки – на случай пробоя изоляции между обмотками.

Корпуса электроприемников сверхнизкого напряжения не требуется заземлять (занулять), кроме электросварочных устройств и электроприемников во взрывоопасных помещениях, а также при работах в особо неблагоприятных условиях (в металлических котлах, сосудах, трубопроводах и т. п.).

При использовании разделительного трансформатора необходимо руководствоваться следующим:

•от разделительного трансформатора разрешается питание только одного электроприемника;

•заземление вторичной обмотки разделительного трансформатора не допуска-

ется;

•корпус трансформатора в зависимости от режима нейтрали питающей электрической сети должен быть заземлен или занулен. В этом случае заземление корпуса электроприемника, присоединенного к разделительному трансформатору, не требуется.

Применение малого напряжения является эффективным способом защиты, однако при двухполюсном прикосновении опасность поражения остается. Широкому распространению способа препятствует его неэкономичность: снижение напряжения ведет к возрастанию тока, что вызывает необходимость увеличения сечения проводов.

Токоведущие части цепей СНН должны быть электрически отделены от других цепей так, чтобы обеспечивалось электрическое разделение, равноценное разделению между первичной и вторичной обмотками разделительного трансформатора.

123

Проводники цепей СНН, как правило, должны быть проложены отдельно от проводников более высоких нaпряжeний и зaщитныx проводников либо отделены от них заземленным металлическим экраном (оболочкой) либо заключены в неметаллическую оболочку дополнительно к основной изоляции.

Вилки и розетки штепсельных соединителей в цепях СНН не должны допускать подключение к розеткам и вилкам других напряжений.

Штепсельные розетки должны быть без защитного контакта.

При значениях СНН выше 25 В переменного или 60 В постоянного тока должна быть также выполнена защита от прямого прикосновения при помощи ограждений или оболочек или изоляции, соответствующей испытательному напряжению 500 В переменного тока в течение 1 мин.

При применении СНН в сочетании с электрическим разделением цепей открытые проводящие части не должны быть преднамеренно присоединены к заземлителю, защитным проводникам или открытым проводящим частям других цепей и к сторонним проводящим частям, кроме случая, когда соединение сторонних проводящих частей с электрооборудованием необходимо, а напряжение на этих частях не может превысить значение СНН.

СНН в сочетании с электрическим разделением цепей следует применять, когда при помощи СНН необходимо обеспечить защиту от поражения электрическим током при повреждении изоляции не только в цепи СНН, но и при повреждении изоляции в других цепях, например в цепи, питающей источник.

При применении СНН в сочетании с автоматическим отключением питания один из выводов источника СНН и его корпус должны быть присоединены к защитному проводнику цепи, питающей источник.

7.4.8. КОМПЕНСАЦИЯ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Этот способ защиты применяется только в сетях выше 1 кВ с изолированной нейтралью, имеющих большую протяженность, а следовательно, большую емкость фаз по отношению к земле. В таких сетях даже при высоком качестве изоляции

вслучае однофазного прикосновения человек может быть поражен большим по величине емкостным током замыкания на землю.

Сростом протяженности линий в сети увеличивается ток замыкания на землю. Это в свою очередь сопряжено с опасностью возникновения электрической дуги

вместе замыкания фазы на землю. Дуга может повредить электрооборудование и вызвать междуфазное короткое замыкание. Особенно опасно появление дуги внутри электрических аппаратов и машин при однофазных замыканиях на их заземленные корпуса. При значительной величине емкостного тока в сетях с изолированной нейтралью замыкания на землю могут носить характер перемежающейся (прерывистой) дуги, которая то вспыхивает, то гаснет. Такой вид повреждений представляет значительную опасность, так как вызывает перенапряжения, величина которых может достигать трехкратного значения фазного напряжения. Эти перенапряжения охватывают всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои в местах ослабленной изоляции и возникновение междуфазных коротких замыканий.

124

Опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением номинального напряжения сети и величины емкостного тока замыкания на землю Iз. В соответствии с этим предельные допустимые значения указанного тока нормируются в зависимости от номинального напряжения сети:

Из этого следует, что сети с изолированной нейтралью применимы при напряжении до 35 кВ включительно при условии, что емкостный ток замыкания на землю в них не превышает указанных выше значений. Если суммарная протяженность всех линий сети напряжением 35 кВ и ниже такова, что емкостный ток замыкания на землю превышает допустимое для данного напряжения значение, то во избежание возникновения перемежающейся дуги необходимо уменьшить протекающий в месте повреждения ток. С этой целью нейтраль трехфазной сети заземляют через дугогасящую катушку (ДК) (рис. 7.27), т. е. катушку с малым активным и большим регулируемым индуктивным сопротивлением. Она состоит из обмотки и стального сердечника, помещенных в кожух, который заполнен трансформаторным маслом. Катушка снабжена большим количеством выводов для регулирования индуктивности путем изменения количества включенных витков. В некоторых конструкциях дугогасящих катушек предусматривается также регулирование индуктивности путем изменения воздушного зазора сердечника.

Рис. 7.27. Трехфазная сеть с нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку

Емкость фаз относительно земли зависит от конструкции сети (кабельная или воздушная) и ее протяженности. В соответствии с этим ток однофазного замыкания на землю Iз (А) определяют приближенно по формулам:

для кабельных сетей Iз = UL10 ;

125

для воздушных сетей Iз = 350UL ;

где U – линейное напряжение, кВ;

L – общая протяженность всех электрически связанных линий сети данного напряжения, км.

На рис. 7.27 видно, что токи емкостный Iз и индуктивный IL находятся в противофазе и в точке замыкания на землю взаимно компенсируются. Изменяя ток ДК, можно добиться полной компенсации, когда IL = Iз, и ток в неразветвленной части цепи равен 0, т.е. дуга не возникает.

Во избежание резонансных явлений обычно не стремятся к полной компенсации емкостного тока. Практически полная компенсация емкостного тока и невозможна, вследствие того, что в процессе эксплуатации сети некоторые линии могут быть включены или отключены, что сказывается на величине емкостного тока. Обычно дугогасящую катушку настраивают так, чтобы имела место некоторая перекомпенсация IL > Iз. Однако во всех случаях необходимо, чтобы нескомпенсированный ток Iнк = IL – Iз не превышал допустимого для сети данного напряжения значения тока замыкания на землю.

7.4.9. ЗАЩИТНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ ПИТАНИЯ

Защитное автоматическое отключение питания – автоматическое размыка-

ние цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности.

Автоматическое отключение питания при повреждении изоляции предназначено для предотвращения появления напряжения прикосновения, длительность воздействия которого может представлять опасность.

Термин «защитное автоматическое отключение питания» в ПУЭ 7-го издания и термин «зануление» в ПУЭ 6-го издания являются обозначением одной и той же меры защиты от поражения человека электрическим током при косвенном прикосновении, предназначенной для достаточно быстрого отключения поврежденной цепи в электроустановке при повреждении изоляции (однофазном коротком замыкании или образовании токов утечки). Термин «защитное автоматическое отключение питания» принят в 7-м издании ПУЭ потому, что он полностью отражает не только физическую сущность меры защиты, но и то, что эта мера комплексная (см. п. 1.7.78 ПУЭ). Он включает в себя:

• присоединение открытых проводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника питания при помощи нулевого защитного проводника (защитное зануление) в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью (системы ТN);

• присоединение открытых проводящих частей при помощи защитного заземляющего проводника к заземлителю, не соединенному с заземлителем источника питания, в системах IT и ТТ;

• согласование параметров защитного аппарата и защищаемой цепи для обеспечения безопасного сочетания времени отключения и воздействующего напряжения прикосновения;

126

• уравнивание потенциалов, которое обеспечивает понижение напряжения между одновременно доступными прикосновению открытыми и сторонними проводящими частями.

Слово «защитное» показывает, что автоматическое отключение питания предназначено для защиты от поражения электрическим током людей (и животных).

Для автоматического отключения питания могут быть применены защитнокоммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или дифференциальный ток.

В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (в системах TN) защитное заземление открытых проводящих частей неэффективно, так как ток глухого замыкания на землю зависит от сопротивления заземления.

Уменьшить напряжение корпуса, находящегося в контакте с токоведущими частями, до допустимых значений устройством заземления в сети с глухозаземленной нейтралью, невозможно. Можно обеспечить безопасность, уменьшив длительность режима замыкания на корпус. Поэтому в системах TN для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении должно быть выполнено автоматическое отключение питания, обеспечивающее защиту как от сверхтоков (защитное зануление), так и от токов утечки с помощью устройств защитного отключения, реагирующих на дифференциальный ток (УЗО-Д).

Защитное зануление – преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях, с глухозаземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока. Принципиальная схема защитного зануления в сети трехфазного тока (система TN-C) показана на рис. 7.28.

Рис. 7.28. Принципиальная схема зануления

Проводник, обеспечивающий указанные соединения зануляемых частей с глухозаземленными нейтральной точкой, а также с выводом и со средней точкой обмоток источников тока, называется нулевым защитным PE-проводником.

Назначение защитного зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к открытым проводящим частям электроустановки (корпусу и другим металлическим нетоковедущим частям), оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие повреждения изоляции и замыкания на проводящую часть и по другим причинам.

127

Область применения – системы TN: трехфазные четырех- и пятипроводные сети до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее распространенные сети напряжением 380/220, а также 220/127 и 660/380 В; трехпроводные сети постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии. Защитное зануление применяется также в однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника тока.

Принцип действия зануления – превращение замыкания на проводящую часть в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. В качестве такой защиты выступают: плавкие предохранители, автоматические предохранители и автоматические выключатели, которые должны обеспечить малое время размыкания цепи (отключения). В состав автоматических выключателей, как правило, входят два типа размыкателей: тепловой и магнитный. Тепловой размыкатель предназначен для защиты цепей по току перегрузки, а магнитный – для защиты от короткого замыкания. Кроме того, поскольку зануленные корпуса (или другие нетоковедущие металлические части) заземлены через нулевой защитный проводник и повторные заземления, то в аварийный период, т. е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусов через нулевой проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия – быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение

(см. рис. 7.28) ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотку трансформатора (генератора), фазный провод L3 и нулевой PEN-провод. Величина тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи однофазного короткого замыкания:

При этом сопротивления трансформатора Zт, проводов фазного Zф.пр и нулевого PEN Zн имеют активную и индуктивную составляющие.

128

Например, если сопротивление Zф + Zн = 0,2 Ом (в сетях напряжением

380/220 В обычно это сопротивление значительно меньше), то ток короткого замыкания Iк = 220/0,2 = 1100 А. Очевидно, что при таком токе защита должна сработать.

При наличии повторного заземления нулевого PEN-провода напряжение корпуса относительно земли

•

где U к – падение напряжения в нулевом проводе, приложенное к последовательно соединенным сопротивлениям R0 и Rп;

R0 – сопротивление заземления нейтрали источника питания. Из закона Ома

Повторное заземление нулевого PEN-провода снижает напряжение на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода. Если повторное заземление отсутствует (Rп→∞), выражения (7.31), (7.32) принимают вид

129

При наличии повторного заземления второй множитель в выражении (7.31) меньше единицы, в выражении (7.32) – больше нуля, т. е. потенциал корпуса меньше, чем величина Uк, а потенциал нейтрали больше нуля. Если принять Zф = Zн и Rп = R0, то потенциалы

Uз = U0 = U4 ,

при U = 220 В, U0 = Uз = 55 В, что допустимо в течение 1 с.

Без повторного заземления нулевого PEN-провода (Rп→∞) в случае замыкания на корпус его потенциал Uз = Uк = U2 при U = 220 В, Uз = 110 В, а потенциал

нейтрали равен нулю.

Таким образом, повторное заземление при замыкании на корпус уменьшает его потенциал и тем самым повышает безопасность. На рис. 7.29 показано распределение потенциалов вдоль нулевого PEN-провода между повторным заземлением (а значит, и корпусом) и заземлением нейтрали. Эти потенциалы существуют в течение времени срабатывания защиты.

В случае обрыва нулевого провода при замыкании на корпус короткого замыкания не произойдет. При этом потенциалы определяются из (7.30) и (7.32), причем

Zн→∞:

Рис. 7.29. Распределение потенциалов вдоль нулевого PEN-провода:

I – без повторного заземления; II – с повторным заземлением; 1–5 – корпуса

130