8. Технические способы и средства защиты

Для обеспечения электробезопасности применяют отдельно или в сочетании один с другим следующие технические способы и средства защиты:

• недоступность токоведущих частей, находящихся под напряжением,

• электрическое разделение сети,

• малые напряжения,

• двойная изоляция,

• выравнивание потенциалов,

• защитное заземление,

• защитное зануление,

• защитное отключение и др.

К техническим способам и средствам также относятся предупредительная сигнализация, знаки безопасности, средства индивидуальной и коллективной защиты, предохранительные приспособления и др.

Недоступность токоведущих частей электроустановок для случайного прикосновения может быть обеспечена рядом способов: изоляцией токоведущих частей, ограждением, различными блокировками, размещением токоведущих частей на недоступном расстоянии.

Изоляция является основным способом электробезопасности в сетях до 1000В, так как применение изолированных проводов обеспечивает достаточную защиту от напряжения при прикосновении к ним. Действительно, если в сети с изолированной нейтралью с фазным напряжением U_ф=220 В. обеспечить сопротивление изоляции не меньше

65 кОм, то ток через тело человека при однофазном прикосновении не превысит значения порогового не отпускающего тока, т.е. I_h. ≤ 10 мА. В соответствии с Правилами сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между каждой парой фаз на каждом участке между двумя последовательно установленными аппаратами защиты (предохранителями, автоматами и др.) должно быть не ниже 0,5 МОм.

В то же время использование изолированных проводов при напряжении выше 1000 В не менее опасно, чем применение голых, так как повреждения изоляции обычно остаются незамеченными, если провод подвешен на изоляторах. А при более высоких напряжениях опасно даже приближение к токоведущим частям, так как возможен пробой воздуха при малом расстоянии до человека и последующее поражение его током.

Ограждения в виде корпусов, кожухов, оболочек используются в электрических машинах, аппаратах, приборах. Сплошные ограждения являются обязательными для электроустановок, расположенных в местах, где пребывает не электротехнический персонал (уборщицы и др.). Сетчатые ограждения с размером ячеек (25 х 25) мм. применяются в установках напряжением как до, так и выше 1000 В. В закрытых помещениях их высота должна быть не менее 1, 7 м., а в открытых - не менее 2,0 м., чтобы исключить или сильно затруднить доступ к электроустановкам случайных либо нетрезвых лиц. Сетчатые ограждения имеют двери, запирающиеся на замок.

На испытательных стендах и других установках с повышенным напряжением, где часто работают люди, применяются блокировки: механические и электрические.

Механические блокировки находят применение в электрических аппаратах – рубильниках, пускателях, автоматических выключателях и др., работающих в условиях, в которых предъявляются повышенные требования безопасности (судовые, подземные и тому подобные электроустановки).

Электрические блокировки осуществляют разрыв цепи специальными контактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышках и дверцах кожухов. При дистанционном управлении электроустановкой блокировочные контакты включаются в цепь управления пускового аппарата, а не в силовую цепь электроустановки. В радиоаппаратуре применяются блочные схемы со штепсельными соединениями, которые автоматически разрывают цепь.

Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте позволяет обеспечить безопасность без ограждений. При этом учитывается возможность случайного прикосновения к токоведущим частям посредством длинных предметов, которые человек может держать в руках. Поэтому вне помещений неизолированные провода при напряжении до 1000 В должны быть расположены на высоте не менее 6 м., а внутри помещений – не ниже 3, 5 м.

Электрическое разделение сетей – это разделение электрической сети на отдельные электрически несвязанные между собой участки с помощью разделительных трансформаторов

Эта мера защиты применяется в разветвленной электри-ческой сети, которая имеет значительную емкость и соответственно небольшое сопротивление изоляции относительно земли. Опасность поражения можно уменьшить, если единую разветвленную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут обладать небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции

Рис. 7.6

Схема электрического разделения цепи с помощью разделительного трансформатора

.

Область применения электрического разделения сетей – электроустановки до 1000 В., эксплуатация которых связана с повышенной степенью опасности (передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент и т.п.)

Малое напряжение – это номинальное напряжение не более 42В., применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током. Для повышения безопасности в условиях с повышенной опасностью и в особо опасных условиях для ручного электроинструмента (дрель, гайковерт и др.) применяют напряжение 42В, и ниже, а для ручных ламп 12В. Кроме того в шахтерских лампах и некоторых бытовых приборах применяются очень малые напряжения, вплоть до 2,5 В.

В качестве источников малого напряжения применяются батареи гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки, преобразователи частоты и понижающие трансформаторы

Двойная изоляция – надежное средство защиты человека от поражения электрическим током. Состоит из основной и дополнительной. Основная (рабочая) электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки обеспечивает нормальную её работу и защиту от поражения электрическим током, а дополнительная – служит для защиты от поражения в случае повреждения основной. Контроль состояния изоляции осуществляется организацией проведения соответствующих периодических измерений для обнаружения дефектов и предупреждения замыкания на землю и коротких замыканий. Периодически проводятся испытания повышенным напряжением и контроль сопротивления изоляции. Измерения сопротивления изоляции проводят мегомметром. Область применения двойной изоляции ограничивается электрооборудованием небольшой мощности – электрифицированным ручным инструментом, некоторыми переносными устройствами, бытовыми приборами и ручными электрическими лампами

Выравнивание потенциалов это способ снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

Для равномерного распределения электрического потенциала на площадке, занятой электрическим оборудованием, применяются искусственные заземлители. Для этих целей на территории открытых распределительных устройств (ОРУ) прокладывают заземляющие полосы на глубине (0,5 - 0,7)м. вдоль рядов оборудования и в поперечном направлении, т.е. образуется заземляющая сетка, к которой присоединяют заземляемое оборудование.

При пробое изоляции в каком либо аппарате его корпус и заземляющий контур окажутся под некоторым потенциалом φ_з. Так как заземлители располагаются на небольшом расстоянии (несколько метров) друг от друга, поля растекания заземлителей накладываются, и любая точка поверхности грунта внутри контура приобретает значительный потенциал, уменьшающийся по мере удаления от заземлителей. Однако из-за близости заземлителей друг от друга разность потенциалов между точками, находящимися внутри контура, существенно уменьшается, происходит как бы выравнивание потенциалов, и поэтому напряжение прикосновения и шага будут небольшими и относительно безопасными для человека.

Выравнивание потенциалов используется прежде всего при эксплуатации электроустановок выше 1000 В.

Наибольшее распространение среди технических мер защиты человека в сетях до 1000В. получили защитное заземление, зануление, защитное отключение.

R_об=20 кОм,

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением (Рис. 7.8.). Достигается уменьшением разности потенциалов между корпусом электроустановки и землей, как из-за малого сопротивления заземления, так Защитное действие заземления основано на снижении напряжения

Рисунок 7.6. Схема защитного заземления

прикосновения при попадании напряжения на нетоковедущие части (вследствие замыкания на корпус или других причин).

и повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли. Чем меньше сопротивление заземления, тем выше защитный эффект.

Значение сопротивления защитного заземления определяется из условия обеспечения на корпусе электроустановки допустимого напряжения прикосновения U_пду, т.е. R_з = U_пду/ I_з˙α,

где α – коэффициент напряжения прикосновения, α = 1;

I_з - расчетный ток замыкания на землю.

В сетях до 1000 В расчетный ток замыкания на землю равен:

I_з. ≈ 3U_ф/Z_зм.,

где Z_зм – сопротивление грунта в месте замыкания, Z_зм ≈ 100 Ом.

Для U_л= 380 В I_з ≈ 3·220/100 = 6,6 А, откуда при U_пду = 20 В (в соответствии с ГОСТ 12.1.038- 82) и наиболее опасном значении α = 1 имеем R_з= 20/6,6·1 ≈ 3 Ом.

Согласно ГОСТ 12.1.030-81 для трехфазных сетей с заземленной нейтралью источника питания напряжением 220, 380, 660 В и однофазных сетей напряжением 127, 220, 380 В сопротивление заземления должно быть не более 8, 4, 2 Ом соответственно; в сетях с изолированной нейтралью до 1000 В R_з ≈ 10 Ом в сочетании с контролем сопротивления изоляции.

При напряжениях от 1 кВ до 35 кВ включительно R_з=250/I_з. Реально оно не превышает 10 Ом.

При больших токах замыкания на землю (т.е. более 500 А), что характерно для линий 110 кВ и выше, R_з≤0,5 Ом.

Защитное заземление применяется в трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали (в четырехпроводных трехфазных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В в качестве защитной меры в стационарных установках применяется зануление).

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (Рис.7.9.).зануления, превращается Защитное действие зануления состоит в следующем. При пробое изоляции на корпус образуется цепь с очень малым сопротивлением: фаза-корпус-нулевой провод-фаза. Следовательно, пробой на корпус при наличии в однофазное короткое замыкание (КЗ). Возникающий в цепи ток резко возрастает, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Для обеспечения отключения необходимо, чтобы ток КЗ превышал номинальный ток защиты: I_кз ≈ к ·I_ном, где I_ном. – номинальный ток плавкой вставки или ток установки расцепителя автомата; к – коэффициент кратности, равный 3 для плавких вставок и автоматов с обратнозависимой от тока характеристикой, при отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока КЗ относительно величины установки следует принимать равной 1,4, для прочих автоматов – 1,25.

Рисунок 7.9. Схема защитного зануления

Для схемы зануления необходимо наличие в сети нулевого провода, заземления нейтрали источника и повторного заземления нулевого провода.

Назначение нулевого провода – создание для тока КЗ цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для срабатывания защиты, т.е. быстрого отключения поврежденной установки от сети.

Назначение повторного заземления нулевого провода, которое для воздушных сетей осуществляется через каждые 250 м, состоит в уменьшении потенциала зануленных корпусов при обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус за местом обрыва. Поскольку повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения током, но не устраняет ее полностью, необходима тщательная прокладка нулевого провода, чтобы исключить обрыв. Нельзя ставить в нулевом проводе предохранители, рубильники и другие приборы, нарушающие целостность нулевого провода.

Назначение заземления нейтрали – снижение до максимального значения напряжения относительно земли нулевого провода и всех присоединенных к нему корпусов при случайном замыкании фазы на землю.

В соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять:

-при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного тока – во всех случаях;

-при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока – при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных.

Защитное отключение - это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения током. Такая опасность может возникнуть, в частности: при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого напряжения; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Любой из этих параметров, а точнее – изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства, т.е. автоматическое отключение опасного участка цепи.

К устройствам защитного отключения (УЗО) предъявляется ряд требований: быстродействие – длительность отключения поврежденного участка сети должна быть не более 0,2 с; надежность; высокая чувствительность – входной сигнал по току не должен превышать нескольких миллиампер, а по напряжению – нескольких десятков вольт, селективность – избирательность отключения только аварийного участка.

Защитное отключение может применяться в качестве единственной меры защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В либо в сочетании с защитным заземлением или занулением.

Рассмотрим УЗО (Рис. 7.10), назначение которого – быстрое отключение от сети установки, если напряжение её корпуса относительно земли окажется выше некоторого предельно допустимого значения U_{к доп},

Рисунок 7.10. Схема защитного отключения

вследствие чего прикосновение к корпусу становится опасным.

При замыкании фазного провода на заземленный корпус электроустановки

Рис. 7.9..

Принципиальная схема защитного отключения

При замыкании фазного

провода на заземляющий корпус электроустановки в начале проявится защитное свойство заземления, в результате чего напряжение корпуса будет ограничено некоторым значением U_к.

Затем, если значение U_к окажется выше заранее установленного предельно допустимого напряжения U_{к доп}, равного 20В, срабатывает защитно-отключающее устройство. При этом реле максимального

напряжения, замкнув контакты, подает питание на отключающую катушку, которая вызовет отключение выключателя, что приводит к отключению электроустановки от сети. Применение этого типа УЗО ограничивается электроустановками до 1000В с индивидуальным заземлением.