Объективные технические способы и средства защиты в электроустановках.

Для обеспечения электробезопасности и защиты от опасного воздействия ЭМП при случайных прикосновениях к токоведущим частям должны применяться отдельно или в сочетании друг с другом следующие технические способы и средства защиты:

• защитное заземление;

• зануление;

• выравнивание потенциалов;

• малое напряжение;

• электрическое разделение сетей;

• защитное отключение;

• изоляция токоведущих частей от работника в широком смысле (электрическая изоляция: рабочая, дополнительная, усиленная, двойная; физическая изоляция: оградительные устройства, расположение на недоступных высоте и расстоянии);

0. компенсация токов замыкания на землю;

1. предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности;

2. средства защиты и предохранительные приспособления.

Нетоковедущие металлические части конструкций электрических машин и аппаратов (трансформаторов, выключателей, блоков питания, двигателей, генераторов, светильников и т.п.) могут оказаться под напряжением электрической установки при повреждении изоляции токоведущих частей и замыкании их на корпус. При этом прикосновение человека к корпусу также опасно, как и прикосновение к токоведущим частям электроустановок.

Для защиты человека от поражения электрическим током в этих случаях применяются различные объективные технические средства защиты, наличие которых независимо от воли и желания работника защищает его от возможных аварийных режимов работы. Одним из наиболее эффективных технических объективных средств защиты является защитное заземление.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством частей электроустановки или оборудования с целью обеспечения электробезопасности.

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления. Рабочим (функциональным) заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки (например, нейтральные точки генераторов, трансформаторов, заземляющий вывод разрядника, рельсовые фидеры тяговых подстанций и т.п.). По рабочему заземлению постоянно или временно протекает ток рабочего режима электроустановки.

Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановок в нормальных и аварийных режимах и является элементом конструкции электроустановки.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на частях конструкции электроустановок или оборудования, доступных прикосновению, как правило, в режиме замыкания электрической установки на корпус при повреждении электрической изоляции. Для этого между корпусом электроустановки и проводящим пространством земли создается электрическое соединение с достаточно малым сопротивлением R. Если человек коснется корпуса, на который произошло короткое замыкание одной из фаз, то образуется электрическая цепь от повреждённой фазы и корпуса на землю и далее к другим фазам через сопротивления изоляции неповреждённых проводов (на рисунке показано условно выбранное направление переменного тока). При наличии защитного заземления ток замыкания проходит по двум параллельно включенным сопротивлениям: сопротивлению заземляющего устройства R и сопротивление человека R_h (рис. 7).

Рис. 7 Схема включения человека в цепь замыкания на землю при прикосновении к корпусу электроустановки

Токи в параллельных цепях распределяются обратно пропорционально электрическим сопротивлениям, поэтому при наличии малого электрического сопротивления заземляющего устройства (не выше 10 Ом) по сравнению с электрическим сопротивлением человеческого тела (сопротивление тела человека зависит от многих факторов, в качестве расчетного значения принимается величина R_h = 1000 Ом) часть тока, проходящая через тело человека, будет мала и безопасна для его здоровья.

Отсюда следует вывод о том, что для обеспечения безопасности пригодно не всякое соединение с “землёй”, а только соединение, имеющее достаточно малое электрическое сопротивление.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленных режимом замыкания электрической установки на корпус при нарушении электрической изоляции. Это достигается уменьшением потенциала заземленных корпусов оборудования при замыкании на него электрической части установки и выравниванием потенциалов между основанием, на котором располагается человек, и корпусом оборудования до величины разности потенциалов безопасных для человека.

Области применения защитного заземления:

при напряжениях 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках;

при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

Перечислим некоторые общепринятые термины, имеющие следующие определения:

замыканием на землю называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей;

замыканием на корпус называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимися под напряжением;

заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников;

заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землёй;

заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем;

искусственным заземлителем называется заземлитель, специально выполненный для целей заземления;

естественным заземлителем называются находящиеся в соприкосновении с землёй электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначения («сторонние» проводящие части), используемые для целей заземления;

сопротивлением заземляющего устройства называется отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю;

магистралью заземления называется заземляющий проводник с двумя или более ответвлениями.

Защитное зануление – преднамеренное соединение открытых проводящих (металлических нетоковедущих) частей (корпусов) электроустановки с глухозаземленной нейтралью питающего генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока до 1000 В; с глухозаземленным выводом источника однофазного тока; с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Наибольшее распространение зануление получило в трехфазных электрических сетях в виде трехфазных четырехпроводных электрических сетей с глухозаземленной нейтралью и напряжением 660/380, 380/220 и 220/127 В (в числителе – линейное напряжение, в знаменателе – фазное). Трехфазная система с напряжением 220/127 В для вновь проектируемых электрических сетей не используется, так как она является менее экономичной, но ограниченно применяется на практике.

Наиболее широкое применение нашли трехфазные электрические сети с напряжением 380/220 В, потому что такие сети обеспечивают совместное питание силовых электроприемников (электродвигатели, электронагревательные приборы т.д.) и электроосветительных установок, а также возможность питания трехфазных и однофазных потребителей.

Электрическими сетями с глухозаземленной нейтралью называют трехфазные сети, у которых нулевая точка (нейтраль) вторичной обмотки питающего трансформатора электрически соединена с помощью заземляющего проводника с заземляющим устройством, имеющим сопротивление Rо.

Нейтраль генератора, трансформатора на стороне до 1 кВ должна быть присоединена к заземляющему устройству при помощи заземляющего проводника, сечение которого должно быть не менее указанного в табл. 7.

Таблица 7

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Материал	Профиль сечения	Диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, мм^2	Толщина стенки, мм
Сталь черновая	Круглый: для вертикальных заземлителей, для горизонтальных заземлителей Прямоугольный Угловой Трубный	16 10 - - 32	- - 100 100 -	- - 4 4 3,5
Сталь оцинко-ванная	Круглый: для вертикальных заземлителей, для горизонтальных заземлителей Прямоугольный Трубный	12 10 - 25	- - 75 25	- - 3 2
Медь	Круглый Прямоугольный Трубный Канат мпогопроволочный	12 - 20 1,8 (каждой проволоки)	- 50 - 35	- 2 2 -

Нулевым защитным проводником в электроустановках до 1 кВ называется проводник, соединяющий зануляемые части (корпуса) с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в трехфазных сетях, c глухозаземленным выводом источника в сетях однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.

Согласно Правилам устройств электроустановок в четырехпроводных трехфазных сетях глухое заземление нейтрали является обязательным.

В качестве нулевых защитных проводников (РЕ – проводники) в электроустановках до 1000 В могут использоваться:

1. специально предусмотренные для этой цели проводники:

• жилы многожильных кабелей;

• изолированные или неизолированные провода в общей оболочке с фазными проводами;

• стационарно проложенные изолированные или неизолирован-ные проводники;

открытые проводящие части электроустановок:

0. алюминиевые оболочки кабелей;

1. стальные трубы электропроводок;

2. металлические оболочки и опорные конструкции шинопроводов и комплектных устройств заводского изготовления, если их конструкцией предусмотрено такое использование и имеется указание об этом в документации изготовителя;

3. некоторые сторонние проводящие части:

0. металлические строительные конструкции зданий и сооружений (фермы, колонны и т.п.);

1. арматура железобетонных строительных конструкций зданий при условии выполнения требований ПУЭ о непрерывности электрической цепи;

2. металлические конструкции производственного назначения (подкрановые рельсы, галлереи, площадки, шахты лифтов, подъемников, элеваторов, обрамление каналов и т.п.).

В соответствии с ПУЭ проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50 процентов проводимости фазного проводника (табл. 8).

Таблица 8

Наименьшие сечения защитных проводников

Сечение фазных проводников, мм^2	Наименьшее сечение защитных проводников, мм^2
S ≤ 16 16 < S ≤ 35 S > 35	S 16 S/2

Принцип действия зануления – превращение пробоя изоляции токоведущей части на доступный для прикосновения корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание (КЗ) по электрической цепи: корпус – нулевой защитный провод – вторичная обмотка трансформатора – корпус, что обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защитного аппарата (автоматического выключателя или плавкого предохранителя) и отключение поврежденной ЭУ.

При наличии повторных заземлений нулевого провода в момент однофазного короткого замыкания в электроустановке на корпусе поврежденной электроустановки снижается напряжение прикосновения (рис. 8, а), а также минимизируются последствия при возможном обрыве защитного нулевого провода (рис. 8, б).

Рис. 8 Схема зануления электроустановок:

а - схема и потенциальная диаграмма напряжений короткозамкнутой цепи; б - тоже, c повторным заземлителем с Rп_з = Rо_з при обрыве нулевого провода

Таким образом, система защитного зануления выполняет две защитные функции:

обеспечивает надежное отключение аппаратов защиты при повреждении изоляции электроустановок;

напряжение прикосновения снижается примерно в два раза (при равенстве проводимости фазного провода и защитного проводника).

При отсутствии повторного заземления и обрыве нулевого провода опасность поражения людей увеличивается, так как пробой изоляции на корпус происходит без зануления и заземления. Все корпуса, соединенные с поврежденным корпусом, оказываются под фазным напряжением относительно земли. Повторные заземлители нулевого провода устанавливаются на концах ВЛ (или ответвлений от них) длиной более 200 м, а также на вводах от ВЛ к электроустановкам, которые подлежат занулению.

При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также заземляющие устройства, предназначенные для защиты от грозовых перенапряжений.

Защитное зануление электроустановок следует выполнять:

• при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех электроустановках (кроме корпусов электроприемников с двойной изоляцией);

• при напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – в помещениях с повышенной опасностью, особоопасных и в наружных установках;

• при всех напряжениях переменного и постоянного тока – во взрывоопасных зонах.

Нормирование величины сопротивления заземляющих устройств .

Сопротивление заземляющего устройства (ЗУ) является основным параметром, характеризующим его защитные свойства. Сопротивление ЗУ нормируется в нормативных документах в зависимости от режима нейтрали электрической сети и величины напряжения электроустановки (до 1 кВ и выше l кВ). Эти значения приведены в табл. 8.

Таблица 8

Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих

устройств ЭУ (кроме воздушных линий)

Характеристика ЭУ и заземляющего объекта	Удельное сопротивление грунта, ρ, Ом^. м	Сопротивление, Ом Напряжение на корпусе, В
1	2	3
ЭУ на напряжение 110-220 кВ, ЗУ которых выполнено по нормам на сопротивление ЭУ на напряжение выше 1000 В в сети с изолированной нейтралью: при использовании ЗУ одновременно для ЭУ до 1000 В при использовании ЗУ только для ЭУ на напряжение выше 1000 В ЭУ на напряжение до 1000 В в сетях с заземлённой нейтралью: Искусственный заземлитель с отсоединёнными естественными заземлителями, к которому при-соединены нейтрали генерато-ров и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе на вводах в здания) на напряжение, В: 660/380 380/220 220/127	До 500 Более 500 До 500 Более 500 До 500 Более 500 До 100 Более 100 До 100 Более 100 До 100 Более 100	0,5 0,001ρ 125/ Ip, где Ip- расчётный ток замыкания на землю, А 0,25 ρ /Ip 250/Ip 0,5 ρ / Ip 15 0,15 ρ 30 0,30 ρ 60 0,60 ρ
нейтрали генераторов и трансформаторов с учётом использования естественных заземлителей, а также повторных заземлителей нулевого провода ВЛ до 1000 В при числе отходящих линий не менее двух, на напряжение, В: 660/380 380/220 220/127 ЭУ на напряжение до 1000 В в сетях с изолированной нейтралью: ЗУ в стационарных сетях ЗУ в передвижных ЭУ при питании от передвижных источников энергии	До 100 Более 100 До 100 Более 100 До 100 Более 100 До 500 Более 500	2 0,02 ρ 4 0,04 ρ 8 0,08 ρ 10 0,02 ρ Величина сопротивления определяется по значению напряжения на корпусе при однополюсном замыкании. При пробое изоляции и одно-полюсном замыкании напряжение на корпусе должно быть не выше следующих значений: 650 В при длительности воздействия до 0,05 с; 500 В - 0,1 с; 250 В - 0,2 с; 100 В - 0,5 с; 75 В - 0,7 с; 50 В - 1 с; 36 В - 3 с; 12 В - более 3 с

Сопротивление заземляющего устройства складывается из так называемого сопротивления растеканию заземлителя и сопротивления заземляющих проводников, которое, как правило, значительно меньше сопротивления растеканию и составляет незначительную долю общего сопротивления ЗУ, поэтому сопротивление заземляющего устройства определяется главным образом сопротивлением растеканию заземлителей.