Общие теоретические сведения

Надежная работа электроустановок определяется неизменностью электрических, химических и механических характеристик изоляции и соответствием их условиям эксплуатации. Между тем под воздействием температуры, влажности, едких паров, пыли и других факторов изоляция токоведущих частей электроустановок обычно теряет свои первоначальные диэлектрические свойства.

Низкий уровень сопротивления или повреждение изоляции – одна из причин электротравматизма и пожаров. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет ток замыкания на землю, а значит, и ток, проходящий через человека.

В сетях напряжением выше 1000 В снижение сопротивления изоляции почти всегда приводит к глухому замыканию на землю.

При заземленной нейтрали ток замыкания на землю и ток, проходящий через человека, не зависят от сопротивления изоляции. Но при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, что приводит к глухим замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током, так как нетоковедущие части, с которыми человек нормально имеет контакт, оказываются под напряжением.

Чтобы предотвратить замыкания на землю и другие повреждения изоляции, при которых возникает опасность поражения людей электрическим током, а также выход из строя оборудования, необходимо проводить испытания повышенным напряжением и контроль изоляции.

Контроль изоляции – измерение ее активного или омического сопротивления с целью обнаружения дефектов и предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий.

Периодический контроль изоляции – измерение ее сопротивления при приемке электроустановки после монтажа, периодически в сроки, устанавливаемые Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ), или в случае обнаружения дефектов.

Измерение согласно Правилам должно производиться на отключенной установке. При таком измерении можно определить сопротивление изоляции отдельных участков сети, электрических аппаратов, трансформаторов, электродвигателей и т.п.

Согласно Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей, измерение сопротивления изоляции проводят при текущих ремонтах, но не реже одного раза в два года для помещений с нормальной средой и не реже одного раза в год – в помещениях сырых, особо сырых, с химически активной средой, в пожаро- и взрывоопасных зонах.

При проверке изоляции обмоток статора электродвигателей должна соблюдаться следующая периодичность: в помещениях без повышенной опасности – один раз в год, с повышенной опасностью – два раза в год, в особо опасных помещениях – четыре раза в год.

Сопротивление изоляции электропроводок силовых и осветительных сетей напряжением до 1000 В, выполненных проводами и кабелями, на участке между смежными предохранителями (или другими защитными аппаратами) и за последним предохранителем, между любым проводом и землей, а также любыми двумя проводами должно быть не менее 0,5 Мом (500 000 Ом). Измерения производятся мегаомметрами.

Если сопротивление изоляции окажется менее 0,5 Мом, ее следует испытать в течение одной минуты переменным напряжением 1000 В от переносного трансформатора или мегаомметром на 2500 В. Если в результате испытания сопротивление изоляции не уменьшается, то проводка может быть оставлена в эксплуатации до плановой замены.

У электродвигателей сопротивление изоляции обмоток статора должно быть не менее 0,5 Мом при температуре +10...30 °С.

Измеренное таким образом сопротивление изоляции отдельных участков сети не может служить критерием безопасности, так как ток замыкания на землю определяется сопротивлением изоляции всей сети относительно земли. В результате таких измерений выявляются участки с дефектной изоляцией, требующие профилактических мероприятий для предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий.

Чтобы получить представление о сопротивлении изоляции всей сети, измерение надо производить под рабочим напряжением с подключенными потребителями.

Для электробезопасности при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановок или корпусам токоприемников, случайно оказавшимися под напряжением в результате повреждения изоляции, согласно ПУЭ, должна быть применена, по крайне мере, одна из следующих защитных мер: заземление, занулеление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов.

Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

Защитным заземлением называется заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Роль защитного заземления наглядно видна из рис.1. Если кожух (бак) трансформатора не заземлен (рис.1а), то при пробое изоляции одной из фаз трансформатора его кожух (бак) оказывается по отношению к земле под напряжением, вследствие чего прикосновение к нему становится столь же опасным, как и прикосновение непосредственно к неизолированной фазе (стрелками показано протекание тока через тело человека).

При наличии заземления (рис.1б) кожух трансформатора оказывается по отношению к земле под напряжением

,

где R_З – сопротивление заземлителя (заземляющего устройства);

I_З – ток однофазного замыкания на землю, А.

Ток однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью определяется напряжением сети и емкостью фаз по отношению к земле С, или длиною линии (рис.1.). Ориентировочно он может быть оценен по формуле

,

где U – линейное напряжение, кВ;

l_К – общая длина электрически связанных между собой кабельных линий, км;

l_В – общая длина электрически связанных между собой воздушных линий, км.

В случае наличия заземления (рис.1в) при соприкосновении человека с кожухом ток замыкания на землю I₃ распределяется между заземлителем и человеком обратно пропорционально их сопротивлениям:

,

где Iч – ток протекающий через тело человека;

Iз – Iч – ток протекающий через заземлитель;

Rч – сопротивление цепи протекания тока через тело человека которое слагается из сопротивления непосредственно тела человека и сопротивления растеканию (втеканию) тока со ступней ног человека.

Так как Rз << Rч (Rз (4 – 10)) Ом, Rч 1000 – 6 000 Ом) то Iч << I₃ поэтому можно принять Iз – Iч = Iз , тогда:

.

Таким образом, чем меньше R_З, тем меньше напряжение на заземлителе и меньше ток, проходящий через тело человека. Нормированные величины сопротивления заземлителей (заземляющих устройств) должны быть такими, чтобы этот ток не был опасен для жизни человека.

а)

б)

в)

C – емкость фазы сети по отношению к земле;

I_З – ток однофазного замыкания на землю;

R_З – сопротивление заземлителя (заземляющего устройства);

I_Ч – ток, протекающий через тело человека;

R_Ч – сопротивление цепи протекания тока через человека.

Рисунок 1 – Пояснение роли защитного заземления

Защитное заземление применяют как основное средство защиты в сетях напряжением до 1кВ и выше 1 кВ до 35 кВ с изолированной нейтралью, а также в сетях 110 кВ и выше с эффективно заземленной нейтралью. Цель защитного заземления – снизить напряжение прикосновения до безопасной величины.

Кроме защитного назначения заземляющие устройства применяют для заземления нейтрали трансформаторов или генераторов и повторного заземления нулевого провода в сетях с глухозаземленной нейтралью, для заземления стержневых, тросовых и сетчатых молниеотводов, для защиты от статического электричества емкостей нефтескладов.

Нормы сопротивления заземляющих устройств даны в таблице 7.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) заземление и зануление электроустановок не требуется при номинальных напряжениях до 42 В (включительно) переменного тока и до 110 В постоянного тока во всех случаях, кроме взрывоопасных помещений. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) не требуют заземлять зануленное оборудование, так как нулевой провод надежно заземлен. Однако качество повторного заземления нулевого провода необходимо проверять. Если результирующее сопротивление заземляющего устройства нулевого провода не удовлетворяет требованиям, приведенным в таблице 7, или повторное заземление нулевого провода удалено на расстоянии более 100 м от оборудования, то заземление данного оборудования обязательно. Занулять заземленное оборудование необходимо во всех случаях.

При проверке качества зануления необходимо:

1. Проверить сопротивление растеканию заземлителя на подстанциях и повторных заземлений нулевого провода (проверяется после монтажа, ремонта и периодически не реже 1 раза в 3 года).

2. Проверить сопротивление «фаза-нуль» (проверяется после монтажа и периодически, но не реже чем 1 раз в 5 лет).

3. Проверить надежность присоединения оборудования с нулевым защитным проводником (проверяется при осмотре оборудования).