Г л а в а б. Электричество и окружающая среда

191

Гл а в а 6. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ИОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

6.1. Электрический ток и человек

Современное производство характеризуется широким примене­

нием различных электроустановок. В этой связи большое значение

в общей системе инженерно-экологических мероприятий приобре­

тают вопросы обеспечения электробезопасности. Согласно ГОСТ 12.1.009-76 <<ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения•>

электробезопасность - это система организационных и техничес­ ких мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вред­ ного и опасного воздействия электрического тока, эЛектрической

дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает

термическое, электролитическое, динамическое и биологическое

воздействия. Термическое действие тока проявляется в ожогах от­ дельных участков тела человека, нагреве отдельных тканей и орга­

нов. Электролитическое действие тока проявляется в разложении

органической жидкости, в том числе крови и лимфы, что вызывает

нарушение ее физико-химического состава. Биологическое дейст­ вие тока проявляется в рефлекторной реакции центральной нервной

системы на действие тока: в нарушении внутренних биоэлектричес­

ких процессов в организме человека; в раздражении и возбуждении

живых тканей, что приводит к нарушениям нормального функциони­

рования жизненно важных органов, таких как сердце, легкие и т.д.

Отличие действия электрического тока на человека от действия других опасных производственных факторов заключается в том, что человек без специальных приборов не может определить наличие

или отсутствие напряжения на электроустановке. Следовательно,

защитная реакция организма проявляется уже после того, как чело­

век попал под действие тока, или после превращения электрической

энергии в другие виды энергии - тепловую, световую и др.

Действие электрического тока, электрической дуги, электро!\Iаг­

нитного поля и статического электричества на человека приводит к

элеюратравме [1J. Элеюратравмы можно условно разделить на три

группы: местные электротравмы; общие электротравмы, или электрические удары, и смешанные электротравмы, т.е. одновре­

менные местные· электротравмы и электрические удары (рис. 6.1 ). Из общего числа учитываемых электротравм 80% приходится на

192 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

Электротравмы

		Смешанные
	Электрические знаки	Металлизация кожи
	Механические	Электроофтальмия
	повреждения
	Рис б 1	Виды электротравм
		Значение тока,
	Сопротивление тела	nроходящего через
	человека	тело чеолвека
	Продолжительность	Напряжение,приложенное
	nрохождения тока	к телу человека

Индивидуальные

свойства человека

Рис б 2 Факторы влияющие на исход поражения током

электрические удары (25% - электрические удары без местных электротравм, 55% - смешанные) Электрическии удар представ­

ляет собой общую электротравму, вызванную возбуждением живых тканей организма человека проходящим через него электрическим

током, сопровождающуюся судорожными сщ<ращениями мышц

Исход поражения человека электрическим током и тяжесть

электротравмы зависят от многих факторов (рис 6 2)

Правильно оценить опасность поражения электрическим током nозволяют предельно допустимые значения напряжений прикос-

Г л а в а 6 Электричество и окружающая среда

193

новения и токов, протекающих через тело человека в нормальном

и аварийном режимах работы производственных и бытовых электро­

установок напряжением до и выше 1 кВ в зависимости от продолжи­

тельности воздействия тока [1] Напряжения прикосновения Ипр и токи lh, протекающие через тело человека при нормальном (неава­ рийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений,

указанных в табл 6 1 Предельно допустимые уровни напряжении

прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1 кВ с заземленной или изолиро­ ванной нейтралью и выше 1 кВ с изолированной нейтралью не долж­ ны превышать значений, указанных в табл 6 2 и 6 3 соответственно

		Таблиr{а б 1
Род и частота тоhа	Допустимое ипр В, не	Допустимый lh мА, не
	более	более
Переменный 50 Гц	2,0	03
Переменный 400 Гц	30	04
Постоянный	8,0	1,0

Пр и меч а н и я 1 Значения ипр и 11, установлены исходя из реакции человека на воздействие не более }i) мин в сутки

2 Значения ип и 1h для лиц, выполняющих работу в условиях высоких темпе

ратуры (выше 2S"C) и влажности (относительная влажность более 75%), должны

быть уменьшены в три раза

Условия поражения человека электрическим током возникают

при включении его в электрическую цепь электроустановки или при

попадании в зону действия электрической дуги

Опасность поражения человека электrическим током зависит от

целого ряда факторов (рис 6 3)

Схема включения	Наnряжение сети,	Сопротивление
человека в цеnь	nитающей электрическую	nравадов сети
электрического тока	установку	относительно земли

т	т	т	J
	Факторы, влияющиена исход
lnоражения электрическим током		!
!	!
Режим работы сети	Тип сети		Емкость nравадов
(нормальный			отностительна
	и режим нейтрали
или аварийный)			земли

Рис 6 3 Факторы характеризующие опасность поражения человека

электрическим током

194	Час т ь f Место инженерной экологии е системе знаний о человеке и nрироде
												Таблица б 2
	Род и частота		Доnустимые значения					u np• fh, не более, nри
	тока и			nродолжительности воздействия 1, с
	нормируемая	0,01 .	0,1	0,2	0.3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	> 1,0
	величина	0,08
Переменный		650	500	250	165	125	100	85	70	65	55	50
50 Гц													36
Иnр• В
lh,	мА												6
Переменный 400 Гц		650	500	500	330	250	200	170	140	130	110	100	36
u"P' в
/1.,	мА												8
Постоянный		650	500	400	350	300	250	240	230	220	210	200	40
Иnр• В
lh,	мА												15
Выnрямленный
двухполупериодный													-
иПр З'IП•l• в		650	500	400	300	270	230	220	210	200	190	180
Выnрямленный
одноnолупериодный													-
Иnр"""~' В		650	500 400 300 250 200					190	180	170	160	150
Пр и м еч а н и е Значения Ипр и / ,					при	t >	1,О с соответствуют отпускающим
				1

(переменным) и неболевым (постоянным) токам.

						Таблица б З
Продолжи-		Доnустимые значения		Продолжи-	Доnустимые значения
тельность		unp• в	1, . мА	тельность	Иnр• В	1.. мА
воздействия t , с			1	воздействия t, с		1
0 ,01	0,08	220	220	0 ,6	40	40
0,1		200	220	0,7	35	35
0,2		100	100	0,8	30	30
0 .3		70	70	0,9	27	27
0,4		55	55	1,0	25	25
0,5		50	50	Свыше 1,0	12	2
Примечанне		Значения Unv и / , установлены для людей с маесои от 'J5 кr
			1

Существуют различные <<схемы включения•> человека в электри­

ческую цепь тока (наиболее характерные <<схемы включения•> пока­ заны на рис . 6.4 . на примере трехфазной сети с изолированной ней­

тралью):

• двухфазное (двухполюсное) прикосновение - одновременное прикосновение к проводникам двух фаз (двум полюсам) действую­ щей электроустановки (поз. 1);

	Г л а в а	6. Электричество и окружающая среда		195
и
~	----------------------	~--	~--------	~~д
~----- --------------	+	~+---~------	.--г--	о В
		о

			1
	1		1
, 2	\З	,	: ,
'---------------------		~	---'

Рис 6.4. Характерные схемы включения человека в электрическую сеть

• однофазное (однополюсное) прикосновение - прикосновение к проводнику одной фазы (одному полюсу) действующей электроус­ тановки (поз. 2);

•прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок,

оказавшимен под напряжением в результате повреждения изоляции

(прикосновение к корпусу электроустановки с поврежденной изоля­

цией) (поз. 3);

• включение под напряжение шага - включение между двумя

точками земли (грунта), находящимся под разными потенциалами.

Анализ опасности поражения человека электрическим током в

электроустановках сводится к определению силы тока, протекающе­

го в теле человека lh, которое зависит от наnряжения прикосновения

или напряжения шага.

Напряжение прикосновения - это разность потенциалов

между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается

человек, или иначе - это падение 'напряжения на сопротивлении

тела человека Rh:

(6.1)

где Иh - напряжение прикосновения, В; lh- ток, протекающий

через тело человека путями рука-ноги или рука-рука, мА; R , -

1

активное сопротивление тела человека, Ом (для расчетов обычно принимают Rh = 1 кОм).

Если человек стоит на земле и касается заземленного корпуса

электроустановки, на который замкнулся фазный провод (в дальней­

шем будем употреблять стандартизированный термин <<при замыка-

196 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знани~ о человеке и природе

и

д

в

с

Рис б 5 Напряжение прикосновения при замыкании на заземленный корпус

нии на корпус>>), как это показано на рис. 6.5, то напряжение при­

косновения

uh = <Рз - <Рос•

(6.2)

где <Рз - потенциал заземленного корпуса, т .е. потенциал рук че­

ловека, В; <Рос - потенциал основания в том месте, где стоит чело­ век, т.е. потенциал ног, В.

Проведя простые преобразования, выражение (6.2) можно запи­

сать в виде

(6.3)

где а- коэффициент напряжения прикосновения.

Напряжением шага называется разность потенциалов между

двумя тоЧками электрической цепи, которых одновременно касается

ногами человек, или иначе - это падение напряжения на сопротив­

лении тела человека:

(6.4)

где Ишнапряжение шага, В; lh- ток, протекающий через тело человека по пути нога-нога, мА.

Если человек стоит на земле вблизи заземленного корпуса

электроустановки, на который замкнулся фазный провод, как это

показано на рис. 6.6, то уравнение для определения напряжение

шага может быть записано как

Иш == <Рх - <Рх+а•

(6.5)

Г л а в а 6 Электричество и окружающая среда

197

q>

А В С

1

х+а

Рис 6 6 Напряжение шага

где <р~ - потенциал точки на поверхности земли на расстоянии от

заземлителя, В; <~'х+а - потенциал точки на поверхности земли на

расстоянии х + а от заземлителя, В; а -	длина шага, обычно при­
нимается равной 0,8 м.
Г1о аналогии с напряжением прикосновения выражение для на­
пряжения шага можно записать в виде
иш ::::: <р,{3,	6.6)

где f3 - коэффициент напряжения шага:

f3=(<р,-<(1,+йу<р, (6.7)

Коэффициент напряжения utaгa f3 < 1 зависит от характера

распределения потенциалов на поверхности грунта вблизи заземли­

тели и места нахождения человека по отношению к заземлителю.

Из (6 3) и (6 7) следует, что напряжение прикосновения и на­

пряжение шага являются частью потенциала заземленного корпуса

электроустановки или, что одно и тоже, потенциала заземлителя,

который можно определить через ток, стекающий по нему в землю:

<р, = l,R,,

(6.8)

где /3 - ток замыкания на землю, мА; R,- сопротивление зазем­

лители растеканию тока·, Ом

198 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

Учитывая (6 8), напряжение прикосновения и напряжение шага

можно определить из уравнений·
иh == 13 Rp.,	(6.9)
иш==/зRз13	(6.10)

При двухфазном прикосновении (см рис. 6.4) ток, протекающий

через тело человека, и напряжение прикосновения определяются из

уравнений:

lh=..JЗи;Rh,	(6.11)
иh=..JЗи,	(6 12)

где и - фазное напряжение сети, В.

Из (6.11) и (6.12) следует, что при двухфазном прикосновении

человек попадает под линейное напряжение сети вне зависимос­

ти от типа сети, режима нейтрали, режима работы сети, сопротив­

лений изоляции правадов относительно земли. Такая схема вклю­ чения человека в электрическую цепь электроустановки пред­

ставляет большую опасность. Случаи двухфазного (двухполюс­

ного) прикосновения происходят сравнительно редко и являются,

как правило, результатом работы под напряжением в электроуста­ новках до 1 кВ, что является нарушением правил и инструкций вы­

полнения работ.

При однофазном прикосновении человек попадает под напряже­

ние иh• значение которого зависит от многих факторов. Эта схема

включения человека в электрическую цепь тока является менее

опасной, чем двухфазное прикосновение, и на практике она встре­

чается значительно чаще. Например, электротравмы со смертель­

ным исходом при однофазном прикосновении составляют 70... 80%.

Причем большинство из них происходит ц, сетях 380/220 В.

Для трехфазной трехпроводнои сети с изолированной неИтра­

лью, напряжением до 1 кВ (рис 6. 7) характерным является то, что

при однофазном прикосновении значение тока /h, проходящего через

тело человека при нормальном режиме работы сети, тем меньше,

чем меньше рабочее напряжение сети (фазное напряжение) и чем

больше сопротивление изоляции праводав относительно земли. Дей­

ствительно, ток, протекающий через тело человека, и напряжение

прикосновения описываются следующими выражениями !2):

1, =и Gh	ув (1 - а2) + ус (1 - а)	(6.13)
	,
1	Ул + Ув + Ус+ Gh

Г л а в а 6 Электричество и окружающая среда	199
и
	д
	в
	с

Рис 6 7 Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

	и =и	Ув (l - а2) + Ус (l - а)
	h .	YA+Yв+Yc+Gh	,
где УА• УВ• Ус -	полные проводимости изоляции фазных проводов
относительно земли в комплексной форме:
	1	1	1
YA=-+JmCл;		Y8 =-+JmC8 ; Yc=-+JmCc,
RA		Rв	Rc
и - фазное напряжение сети, В; Gh = 1/ Rh -			проводимость тела
человека; а -	фазный коэффициент, учитывающий сдвиг фаз.

При равенстве проводимастей фазных правадов относительно

земли (УА = Ув = Ус = У) ток, протекающий через тело человека,

и напряжение прикосновения определяются следующим образом.

	1,, = иGh			ЗУ	(6 14)
			ЗУ+ Gh
	или
	1		и
		- _ ____:___			(6.15)
	h	- Rh + Z/3'
	где Z -- комплекс полного сопротивления фазного провода отно­
	сительно земли, Ом:
	z - _!_ - ----=---				(6.16)
	-	У- 1/R		+ JmC'

где R - активное сопротивление изоляции фазного провода от­ носительно земли; С - емкость фазного провода относительно

земли.

200 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

и

д

в

с

Рис 6 8 Сеть с изолированной нейтралью (аварийный режим работы)

При равенстве сопротивлений изоляции фазных проводов отно­

сительно земли (RA = R8 = Rc = R) и отсутствии емкостей (СА = = Св = Се= С =О)

и	(6.17)
1 -----
h- Rh + R/3

При аварийном режиме работы сети (рис. 6.8), когда один из

фазных проводов, например провод В, замкнулся на землю, опас­

ность поражения током человека, прикоснувшегося к исправным

фазным проводам, значительно возрастает. В этом случае ток, про­ текающий через тело человека:

lh = и {3 ,	(6.18)
Rh + Rзм

где Rзм - сопротивление в месте замыкания фазного провода В на

землю.

Так как обычно выполняется условие Rзм « Rh, то

lh =(и -J3)!Rh; иh =и -JЗ.

Для трехфазной сети с заземленной нейтралью, напряжением до 1 кВ значения тока, протекающего через тело человека, и на­

пряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети

ине зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов от­

носительно земли (рис. 6.9). Действительно, проводимости фазных и нулевого (PEN) 1 проводников относительно земли по сравнению

1 PEN - проводник, сочетающий свойства нулевого рабоче10 и нулевого защит­

ного проводников.

Г л а в а 6 Электричество и окружающая среда	201
и
	д

, __ .,.._______ ./

.с 6 9 Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпровод­

ной сети с заземленной нейтралью

с Уа = 1/ Ra (проводимостью заземления нейтрали) малы (УА• У8 ,

Ус« Уа), а выражение для тока, протекающего через тело человека,

имеет вид

(6.19)

где Ra - рq.бочее сопротивление заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется из урав­

нения

(6.20)

Так как обычно Ra « Rh, то можно считать, что человек в этом

случае попадает практически под фазное напряжение сети. В ава­ рийном режиме работы сети при прикосновении человека к исправ­

ному проводу сети напряжение прикосновения всегда меньше

линейного, но больше фазного, т.е. U{З > Uh > И. Конкретное

значение напряжения прикосновения зависит от соотношения со­

противлений в месте замыкания на землю Rзм и заземления ней­

трали Ra.

Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определено по­

нятие <<электроустановка•>. Электроустановкой принято называть

совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного обору­

дования (вместе с сооружениями и помещениями), предназначен­

ных для производства, преобразования, трансформации, распреде­

ления электрической энергии и преобразования ее в другие виды

энергии.

202 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

Все электроустановки по условиям электробезопасности подраз­

деляются:

• на электроустановки напряжением до 1 кВ с заземленной ней­

тралью;

• электроустановки напряжением 1кВ с изолированной нейтра-

лью;

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффек­

тивно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на

землю);

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолиро­

ванной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

Нейтральной точкой, или просто нейтралью, называется общая точка обмоток многофазных электрических генераторов или

трансформаторов, в которой электрические напряжения по отноше­

нию ко всем внешним зажимам в нормальном режиме одинаковы по

абсолютному значению.

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформа­

тора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройст­ ву или присоединенная к нему через приборы сигнализации, изме­ рения, защиты, заземляющие дугагасящие и подобные им устройст­

ва, имеющие большое сопротивление.

Заземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непо­

средственно или через малое сопротивление, например через транс­

форматоры тока.

Условия поражения людей электрическим током в большой сте­ пени зависят от характера окружающей среды и окружающей об­ становки. Опасность поражения током в зависимости от этих фак­ торов может возрастать или ослабляться. Это объясняется тем, что

характер окружающей среды оказывает значительное влияние

на состояние изоляции электроустановки. Например, неблаго­ приятные условия в окружающей среде приводят к снижению со­

противления изоляции, создавая опасность появления напряжения

на нетоковедущих частях электроустановок. Состояние окружаю­

шей среды влияет на электрическое сопротивление тела человека.

Например, при повышенной температуре окружающего воздуха и

повышенной влажности сопротивление уменьшается.

Опасность поражения людей электрическим током усиливается

при наличии токопроводящих полов, а также в тех случаях, когда

имеется возможность одновременного прикосновения к электроус­

тановке и электропроводящим предметам, имеющим связь с землей.

Например, если человек одновременно коснется электроустановки,

Г л а в а б. Электричество и окружающая среда

203

случайно оказавшейся под напряжением, и металлической кон­

струкции, имеющей связь с землей, то через тело будет протекать ток, который может вызвать электротравму.

В отношении опасности поражения людей электрическим током

все помещения разделяются на три группы: помещения без повы­

шенной опасности; помещения с повышенной опасностью; особо

опасные помещения.

В помещениях без повышенной опасностег отсутствуют усло­

вия, создающие повышенную или особую опасность.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются нали­

чием в них одного из следующих условий, создающих повышенную

опасность:

•токопроводящая пыль или сырость;

•токопроводящие полы (металлические, земляные, железобе­

тонные, кирпичные и т.п.);

•высокая температура (жаркие помещения); '

•возможность одновременного прикосновения к имеющим со­

единения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам, с одной стороны, и к металлическим кор­ пусам электрооборудования - с другой.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного

из условий:

•повышенная сырость;

•химически активная или агрессивная среда;

•наличие одновременно двух или более условий повышенной

опасности.

Примеры особо опасных помещений: котельные, мазутно-насо­

сные цехи.

Электроустановки могут быть открытыми (наружными), если

они не защищены зданиями от атмосферных воздействий, или за­

крытыми (внутренними), если они размещены внутри зданий, защи­

щающих их от атмосферных воздействий. В отношении опаснос­

ти поражения электрическим током территории наружных или от­

крытых электроустановок приравниваются к особо оnасным поме­

щениям.

Электробезопасность должна обеспеrшва71lься: конструкцией

электроустановок; техническими мероприятиями, способами и сред­

ствами; организационными мероприятиями [2].

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током в

электроустановках должен применяться по крайней мере один из

технических способов и средств защиты, классификация которых представлена на рис. 6.1 О, или их сочетания. Выбор того или иного

	Технические сnособы и средства защиты
1	от nоражения электрическим током	1
1	l	l
Защита от прикосновения	Защита при прикосновении	Защита при прикосновении
к токоведущим частям	к токоведущим частям	к нетоковедущим частям, могущим
		оказаться под напряжением

нЗащитные оболочки

нЭлектрозащитные ограждения

(временные или стационарные)

1 Безопасное расположение работающих и используемых

механизмов и приспособлений

Индикация напряжения

и сигнализация об опасности

поражения электрическим током

к	Изолирование рабочего места
	1

нЗащитная изоляция

u Электрозащитные средства

1

нЗащитное отключение

НПрименение малых напряжений

нЗащитное шунтирование

нЗащитное разделение сетей

~Изолирование рабочего места

нВыравнивание потенциалов

Электрозащитные средства, блокировки аnnаратов

и ограждающие устройства

нЗащитное заземление

- н

Зануление

нЗащитное отключение

~Выравнивание потенциалов

чЗащитное разделение сетей

-1	Защитное изолирование

НПрименение малых напряжений

чКомпенсациятоков

замыкания на землю

Рис 6 10 Классификация техничесi\ИХ способов и средств защиты от поражения электрическим током

~

~

.r::

,

(")

..."

tr

:s:

"'(")

..."

о

:s:

"'~

"'

"'

~

"'о

:S:o

"'

"'g

...о,

:s:

:s:

"'

(")

:s:

(")

;jj

з:

"'w

.,

"'

:s:"'

:S:o

о

J:

"':о

о

"'

"'

~

:s:

:::1

"О

:s:

"О

~

Г л а в а 6 Электричество и окружающая среда

205

способа или средства защиты в конкретной электроустановке и эф­ фективность его применения зависят от ряда факторов, в том числе: номинал~,>ного напряжения; рода, формы и частоты тока электроус­

тановки; способа электроснабжения (от стационарной сети, от авто­

номного источника питания электроэнергией); режима нейтрали (средней точки истрчника постоянного тока) источника токаизо­ лированная нейтраль, заземленная нейтраль; вида исполнения (ста­ ционарные, передвижные, переносные); условий внешней среды;

схемы возможного включения человека в цепь протекания тока

(однофазное, двухфазное прикосновение; включение под напряже­

ние шага); вида работ (монтаж, наладка, испытания) и др.

Рассмотрим некоторые технические способы и средства защиты

от поражения электрическим током.

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом нетоковедущих электро­

проводящих частей, а также отключенных токоведущих частей, ко­ торые могут оказаться под напряжением. Основным назначением за­

щитного заземления является обеспечение защиты от поражения

электрическим током при замыкании на корпус. Принцип действия

защитного заземления заключается в снижении напряжения

прикосновения и шага при замыкании на корпус до допустимых

значений.

Рассмотрим два случая Корпус электроустановки не заземлен.

В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также

опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети. Корпус

электроустановки заземлен (рис. 6.11) . В этом случае напряжение

корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет

Из= f3 R3 ,

(6.21)

а напряжение прикосновения и ток, протекающий через тело чело­

века, будут определятся выражениями:

Rз	а,	(6.22)
uh = /ЗRЗа, fh = /3 R
h
где а - коэффициент напряжения прикосновения.
Уменьшая сопротивление заземлителя	растеканию	тока R 3 ,

можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относи­

тельно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикос­

новения и ток, протекающий через тело человека. Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю / 3

практически не увеличивается с уменьшением сопротивления зазем­

лителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной ней-

206 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

и

д

в

с

\	'	'	'	1
-------------------	~-S	--

Рис 6 11 Схема сети с изолированной нейтралью и защитным заземлением

электроустановки

тралью, напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю

в основном определяется сопротивлением изоляции проводов отно­

сительно земли, которое значительно больше сопротивления зазем­

лителя (рис. 6.11).

В сетях переменнога тока с заземленной нейтралью, напря­

жением до 1 кВ защитное заземление в качестве защиты от

поражения электрическим током не применяется, так как не­

эффективно (рис. 6.12).

Область применгния защитного заземления:

• электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трех­ проводных сетях переменнаго тока с изолированной нейтралью;

11

---..... -- -4.---- ....... ----- ...

Рис 6 12 Схема сети с заземленной нейтралью и защитным заземлением

электроустановки

Г л а в а б Электричество и окружающая среда

207

Рис б 13 Выносное заземляющее устроиство

• электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двух­

проводных сетях переменнога тока, изолированных от земли;

• электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток

источника тока;

• электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ перемен­ нога и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней

точки обмоток источников тока.

Заземляющим устройством называется совокупность за­ землителя и заземляющих проводников. Различают два типа за­

земляющих устройств. выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (сосредоточенное) (рис. 6.13)

характеризуется тем, что заземляемое оборудование располагается

на определенном удалении от заземляющего устройства, вне зоны

растекания тока заземлителя. Зона растекания тока - зона земли, в пределах которой возникает электрический потенциал при прохождении тока замыкания на землю На практике эта зона рас­

текания тока ограничена радиусом 20 м. Особенность выносного за­

земляющего устройства заключается в том, что человек, касаюший­

ся корпуса электроустановки, на который произошло замыкание,

всегда попадает под напряжение прикосновения, равное полному на­

пряжению корпуса относительно земли. Это объясняется тем, что

потенциал грунта, на котором расположена электроустановка, равен

нулю, а корпус электроустановки имеет потенциал заземлителя.

В этом случае а= l (см. рис. 6.13). Это обстоятельство можно от­

нести к недостаткам выносного заземляющего устройства. Досто-

208 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

1

ДJ.Д

--т-

Рис 6 14 Контурное заземляющее устройство

инством выносных заземляющих устройств является возможность размещения электродов заземляющего устройства в местах с на­

именьшим удельным сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство (распределенное) харак­

теризуется тем, что заземлители располагаются по контуру вокруг

заземляемого оборудования в непосредственной близости от него, в

зоне растекания тока (рис. 6.14 ). Основной особенностью контур­

ного заземляющего устройства является то, что грунт внутри кон­ тура заземления при замыкании на корпус приобретает некоторый потенциал, близкий по значению к потенциалу заземленного электрооборудования. При этом напряжение прикосновения умень­ шается, а коэффициент напряжения прикосновения а < 1.

Искусственные заземлители могут быть выполнены в виде вер­

тикальных и горизонтальных электродов и применяются исключи­

тельно для целей заземления. В качестве вертикальных электродов

используются стальные трубы, угловая сталь, прутковая сталь диа­

метром не менее 10 мм. Горизонтальные электроды предназначают­

ся для связи вертикальных электродов или работают самостоятель­

но и выполняются из полосовой стали или стали круглого сечения. Естественные заземлители - это находящиеся в соприкосно­ вении с землей токопроводящие части коммуникаций, зданий и со-

Г л а в а 6 Электричество и окружающая среда

209

оружений произведетвенного или иного назначения, используемые

для целей заземления. В роли качестве естественных заземлителей

могут выступать водопроводные и другие металлические трубы (за

исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взры­

воопасных газов), металлические и железобетонные конструкции

зданий и сооружений, имеющие связь с землей, свинцовые оболочки

кабелей и т.п. Использование естественных заземлителей дает су­

щественную экономию металла

Естественные и искусственные заземлители могут применяться совместно или отдельно. Но в любом случае должно обеспечиваться требуемое значение сопротивления заземляющего устройства рас­

теканию тока, установленное ПУЭ и ГОСТ 12.1.030-81. Так, в соот­ ветствии с ПУЭ наибольшее допустимое сопротивление заземляю­

щих устройств в электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с

изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом, а при мощ­ ности генераторов и трансформаторов, питающих данную сеть,

100 кВ · А и менее заземляющие устройства могут иметь сопротив­ ление не более 10 Ом.

В процессе эксплуатации может произойти повышение сопро­

тивления растеканию тока заземлителя сверх расчетного значения,

поэтому необходиl\lо периодически контролировать значение сопро­

тивления заземлителя. Измерение сопротивления растеканию тока заземлителя R3 проводится в сроки, установленные в нормативно­

технической документации (ПУЭ, СНиП и др.). Одним из наиболее

распространенных методов измерения R3 является метод <<ампермет­ ра -- вольтметра~. Схема измерения сопротивления растеканию

тока заземлителя по методу «амперметра--вольтметра» представ­

лена на рис. 6.15. Измеряя ток /3 , стекдющий в землю через зазем­

литель 3 и протекающий через R1, а также потенциал заземлителя

U3, представляющий собой падение напряжения на сопротивлении

R3 , можно рассчитать искомое значение сопротивления R3 = UJ!3 •

Погрешность измерения R3 данным методом тем больше, чем

меньше внутреннее сопротивление вольтметра и чем больше сопро­

тивление растеканию тока R2 электрода 2. Следовательно, необхо­ димо подбирать вольтметр с возможно большим внутренним сопро­ тивлением -- электронный или электростатический. Внутреннее со­

противление вольтметра должно приблизительно в 50 раз превы­

шать сопротивление R2, при этом погрешность измерения не должна

превышать 2%. На точность измерения оказывает влияние источник

питания. Не рекомендуется в качестве источника питания исполь­

зовать непосредственно сеть, так как в этом случае на результаты

21 О Час т ь 1. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

\ '	\	'
------------------------------

Рис. б 15 Схема измерения соnротивления растеканию тока заземлителя

по методу <•амnерметра-вольтметра>>

измерения оказывают влияние такой параметр, как сопротивление

изоляции правадов сети относительно земли или сопротивлени~ за­

земления нейтрали В качестве источника питания рекомендуется однофазный понижающий трансформатор, например сварочный. Методом <•амперметра-вольтметра>> можно производить измерение

сопротивления растеканию тока при использовании групповых за­

землителей. На основе метода <•амперметра-вольтметра>> разрабо­ таны и широко применяются измерители сопротивлений заземлите­

лей типов МС-07, МС-08, М-416.

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с

нулевым защитным проводником нетоковедущих электропроводя­

щих частей электроустановок, которые могут оказаться под напря­ жением вследствие замыкания на корпус. Нулевым зтцитным про­

водником называется проводник, соединяющий зануляемые части

сзаземленной нейтральной точкой источника трехфазного тока или

сзаземленным выводом источника однофазного тока, или с зазем­

ленной средней точкой источника в сетях постоянного тока. Зану­

ление необходимо для обеспечения защиты от поражения электри­

ческим током при замыкании на корпус за счет снижения напряже­

ния корпуса относительно земли и быстрого отключения электроус­

тановки от сети.

Г л а в а б Электричество и окружающая среда

211

Область применении зануления:

• электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных четы­

рехпроводных сетях переменнаго тока с заземленной нейтралью

(обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В);

• электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях

переменнаго тока с заземленным выводом; электроустановки напря­

жением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

При замыкании фазного провода на зануленный корпус электро­

установки образуется цепь однофазного короткого замыкания (т.е. замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток

однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание макси­

мальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение

поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до

срабатывания максимальной токовой защиты ток короткого замы­ кания вызывает перераспределение напряжений в сети, и, как след­

ствие, происходит снижение напряжения поврежденного корпуса

относительно земли. Следовательно, зануление обеспечивает за­

щиту от поражения электрическим током при замыкании на

корпус за счет ограничения времени протекания тока через

тело человека и за счет снижения напряжения прикосновения.

В качестве максимальной токовой защиты, обеспечивающей бы­

строе отключение электроустановки в аварийном режиме, могут ис­

пользоваться плавкие предохранители и автоматические выключа­

тели, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания,

и др.

Элементом системы зануления является повторное заземление

нулевого защитного проводника (рис. 6.16, где 1к - ток, протекаю­

щий через PEN - проводник). Повторное заземление нулевого

защитного проводника практически не влияет на время отключе­

ния электроустановки от сети. Однако при эксплуатации зануления

могут возникнуть такие ситуации, когда повторное заземление ну­

левого защитного проводника необходимо, например при обрыве ну­

левого защитного проводника. Повторному заземлению подвергают­

ся нулевые рабочие провода воздушных линий, которые одновре­

менно используются как нулевые защитные проводники. При этом

всоответствии с ПУЭ повторные заземления выполняются на кон­

цах линий или ответвлений длиной более 200 м, а также на вводах

вздания, электроустановки которых подлежат занулению.

В процессе эксплуатации зануления сопротивление петли

фаза-нуль может меняться, следовательно, его необходимо пери-

212 Час т ь	I Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде
	и
				А
				в
				с
~----------	~r-г---	~--~-r~--~~----	.---	~PEN

Рис б 16 Схема зануления электроустановок

одически контролировать Измерения сопротивления петли фаза­

нуль проводят как после окончания монтажных работ, т.е. при при­

емасдаточных испытаниях, так и в процессе эксплуатации в сроки,

установленные ПТЭ и ПТБ, а также при проведении капитальных

ремантов и реконструкций сети.

Надежность зануления определяется в основном надежностью нулевого защитного проводника. В связи с этим требуется тщатель­

ная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить

возможность его обрыва. Кроме того, в нулевом защитном провод­ нике запрещается ставить выключатели, предохранители и

другие приборы, спо~обные нарушить его целостность При со­

единении нулевых защитных проводников между собой должен

обеспечиваться надежный контакт Присоединение нулевых защит­

ных проводников к частям электроустановок, подлежащих зануле­

нию, осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем значение сопротивления между зануляющим болтом и каждой до­ ступной прикосновению металлической нетоковедущей частью

электроустановки, которая может оказаться под напряжением, не

должно превышать О, 1 Ом. Присоединение должно быть доступно

для осмотра

Открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску. по зеленому фону жел­

тые полосы.

Защитным отключением называется автоматическое отклю­

чение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосно­

вении !< частям, находящимся под напряжением, недопустимым для

Г л а в а б Электричество И окружающая среда

213

человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утеч­

ки (замыкания), превышающего заданные значения. Назначение за­

щитного отключения - обеспечение электробезопасности, что до­ стигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока

на чело-века. Защита осуществляется специальным устройством за­

щитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме,

постоянно контролирует условия поражения человека электричес­

ким током. Область применения· электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали. Наибольшее распростра­

нение защитное отключение получило в электроустановках, исполь­

зуемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолиро­

ванной нейтралью.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно кон­ тролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданным зна­

чением (уставкой). Если входной сигнал превышает уставку, то уст­

ройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от

сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения

используют различные параметры электрических сетей, которые со­ держат информацию об условиях поражения человека электричес­

ким током.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколь­

ко типов (рис. 6.1 7).

Основными элементами любого УЗО являются датчик, преобра­ зователь и исполнительный орган. Основными параметрами, по ко-

Реагирующие на	Реагирующие на	Реагирующие на
наnряжениекорnуса	токнулевой	комбинированный
относительно земли	nоследовательности	входной сигнал
!	!	!

Устройства защитного отключения (УЗО)

j	l	j
Реагирующие на	Реагирующие на	Реагирующие на
ток замыкания	оперативный ток	наnряжение нулевой
на землю	(nостоянный,	nоследовательности
	nеременный f=-50 Гц),
	на рабочий ток
	электроустановки

Рис б 17 Классификация УЗО по виду вхрдноrо сигнала

214 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

АВ С

Рис б 18 Схема УЗО, реагирующего на потенциал корпуса

торым подбирается то или иное УЗО являются: уставка, номиналь­

ный ток нагрузки, т.е. рабочий ток электроустановки, который про­

текает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном ре­ жиме; время срабатывания устройства

Рассмотрим более подробно УЗО, реагирующее на потенциал

корпуса относительно земли, предназначенное для обеспечения

безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном)

корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в

этом устройстве (рис. 6.18) служит реле Р, обмотка которого вклю­

чена между корпусом электроустановки и вспомогательным зазем­

лителем Rвсп• электроды которого располагаются вне зоны растека­

ния токов заземлителя R3 •

При замыкании на корпус защитное заземление R3 снизит по­

тенциал корпуса относительно земли до значения <р3 = 13R3 . Если по

каким-либо причинам окажется, что (/)3 > <р3 доп• где (/)3 доп - потен­

циал корпуса, при котором напряжение прикосновения не превыша­

ет допустимого, то срабатывает реле Р, которое своими контактами

замкнет цепь питан"Ия катушки коммутационного аппарата К, и про­

изойдет отключение поврежденной электроустановки от сети. Фак­

тически этот тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повы­

шая надежность заземления или зануления.

Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режи­ мом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно.

Г л а в а б Электричество и окружающая среда

215

и

А

в

с

г---------~~r~-~-~-~-~-~-~-~-~~~~~--------PEN

1

1

ТТНП

1

о--УЗО

Рис б 19 Схема подключения к сети УЗО, реагирующего

На диффере[!ЦИаЛЬНЫЙ ТОК

Устройство защитного отключения, реагирующее на диф­

ференциальный (остаточный) ток, находит широкое применение во всех отраслях промышленности (как правило, в сетях с зазем­ ленной нейтралью, напряжением до 1 кВ). Характерной их особен­

ностью является многофункциональность. Такие УЗО могут осу­

ществлять защиту человека от поражения электрическим током при

замыканиях на корпус, при несимметричном снижении сопротивле­

ния изоляции праводав относительно земли в зоне защиты устрой­

ства, при замыканиях на землю, при однофазном прикосновении,

при замыкании на корпус электроустановки.

Схема включения УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью, представлена на рис 6.19. Датчи­ ком такого устройства является трансформатор тока нулевой после­

довательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формирует­

ся сигнал, пропорциональный току, протекающему через тело чело­

века lh. Преобразователь УЗО П сравнивает значение входного сиг­

нала с уставкой, значение которой определяется допустимым значе­

нием тока, протекающего через человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом

НО. Исполнительный орган, например магнитный пускатель, отклю­

чает электроустановку от сети в случае возникновения опасности

поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.

216 4 а с т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

В настоящее время отечественной промышленностью выпускает­

ся целый ряд УЗО различного назначения. Кроме того, широко ис­

пользуются УЗО известных зарубежных фирм (АВВ и др.).

Для защиты людей, работающих с электроустановками, от пора­

жения электрическим током, воздействия электрической дуги,

электромагнитного поля и статического электричества применяются

электрозащитные средства, к которым относятся:

•изолирующие штанги (оперативные для наложения заземле­ ния и измерительные),

•изолирующие клещи для операций с предохранителями и

электроизмерительные клещи;

указатели напряжения;

•указатели напряжения для фазировки и др.;

•изолирующие устройства и приспособления для ремонтных

работ под напряжением выше 1 кВ и елесарно-монтажный инстру­

мент с изолирующими рукоятками для работы в электроустановках

до 1 кВ;

• диэлектрические перчатки, боты, галоши, ковры, изолирую-

щие накладки и подставки;

•индивидуальные экранирующие комплекты;

•переносные заземления;

•оградительные устройства и диэлектрические колпаки;

•плакаты и знаки безопасности.

Отличие элеюразащитных средств от предохранительных при­

способлений заключается в том, что первые им~ют только защитные функции, а вторые - защитные и технологические. Например, ди­

электрические перчатки - это средства защиты, а изолирующие

клещи - это приспособление.

Кроме перечисленных элеюразащитных средств при работах в

электроустановках можно применять такие сред,ства индивидуаль­

ной защиты, как очки, каски, противогазы, рукавицы, предохрани­ тельные пояса и страховочные канаты. Перечисленные элеюраза­ щитные средства могут быть как основными, так и дополнительными

средствами.

В процессе эксплуатации средства защиты следует подвергать

периодическим и внеочередным (проводимым после ремонта) испы­

таниям. Порядок и периодичность проведения испытаний должны

соответствовать <<Правилам применения и испытания средств защи­

ты, используемых в электроустановках>>. Электрозащитными

средствами следует пользоваться по их прямому назначению в

электроустановках напряжением не выше того, на которое они