Технические способы и средства защиты в электроустановках

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

· защитное заземление;

· защитное зануление;

· выравнивание ( в т.ч. уравнивание) 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);

· компенсация токов замыкания на землю;

· предупредительная сигнализация, защитная блокировка, знаки безопасности;

· 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 так же опасно, как и прикосновение к токоведущим частям электроустановок.

Для защиты человека от поражения электрическим током в этих случаях применяются объективные технические средства защиты, которые независимо от воли и желания работника защищают его возможных аварийных режимов работы. Одно из наиболее эффективных объективных технических средств защиты — защитное заземление.

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством металлических частей электроустановки пли 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, нейтраль­нее 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 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 (рис. 1).

Если человек коснется корпуса, на который произошло короткое замыкание одной из фаз, образуется электрическая цепь от поврежденной фазы и корпуса на землю и далее к другим фазам через сопро­тивления изоляции неповрежденных проводов (на рис. 1 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. 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_fl - 1000 Ом) часть тока, проходящая через тело человека, будет мала и безопасна для его здоровья.

Рис. 1 Схема включения человека в цепь замыкания на землю при прикосновении к корпусу электроустановки

Отсюда для обеспечения безопасности пригодно не всякое coединение с «землей», 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 принарушении электрической изоляции. Это достигается уменьшени­ем потенциала заземленных корпусов оборудования при замыкании 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.

Замыкание на землю — случайное соединение находящихся под напряжением токоведущих частей электроустановки с их конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей.

Замыкание на корпус — случайное соединение находящихся под напряжением токоведущих частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимися под напряжением.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

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

Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Искусственный заземлитель — заземлитель, специально выпол­ненный для целей заземления.

Естественный заземлитель — находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначения («сторонние» про­водящие части), используемые для целей заземления.Сопротивление заземляющего устройства — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя на землю.

Магистраль заземления — заземляющий проводник с двумя ответвлениями или более.

Защитное зануление — преднамеренное соединение открытых проводящих (металлических нетоковедущих) частей (корпусов) электроустановки с глухозаземленной нейтралью питающегогенератора 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.

Наиболее широкое применение нашли трехфазные электрические сети с напряжением 380/220 В. потому что они 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 R_Q.

Нейтраль генератора, трансформатора на стороне до 1кВ должна быть присоединена к заземляющему устройству при помощи заземляющего проводника.

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

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

В качестве пулевых 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 неизолированные проводники;

2) открытые проводящие части электроустановок:

· алюминиевые оболочки кабелей;

· стальные трубы электропроводок;

· 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:

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

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

· металлические конструкции производственного назначения (подкрановые рельсы, галереи, 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 % проводимости однофазного проводника.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

1) металлические и железобетонные конструкции зданий и со­оружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе арматура железобетонных фундаментов зданий и сооружений, име­ни них защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;

2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле;

3) обсадные трубы буровых скважин;

4) металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные части затворов и т.п.;

5) рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами;

6) другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения;

7) металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле.

Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.

Основной характеристикой заземляющего устройства является его электрическое сопротивление, которое и служит основным нормируемым параметром заземляющих устройств.

Сопротивление заземляющего устройства (ЗУ) — основной параметр, так как характеризует его защитные свойства. Как уже отмечалось, меньшая величина электрического сопротивления ЗУ обеспечивает большую степень защиты человека. Величина нормируемого значения определяется экономическими соображениями из-за значительных затрат на сооружение ЗУ. Сопротивление ЗУ нормируется в нормативных документах в зависимости от режима нейтрали электрической сети и величины напряжения электроустановки (до 1 кВ и выше 1 кВ) и не должно превышать нормируемого значения.

К частям, подлежащим заземлению, согласно ПУЭ относятся:

· корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников;

· приводы электрических аппаратов;

· вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

· каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемные или открывающиеся части, если на последних установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного тока или более ПО В постоянного тока;

· металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлическим конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;

· металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока, проложенных на общих металлических конструкциях, в том числе в общих трубах, коробах, лотках и т.п. вместе с кабелями и проводами, металлические оболочки и броня которых подлежат заземлению и занулению;

· металлические корпуса переносных электроприемников;

· электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.

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

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

· проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкости горючих или взрывчатых газов и смесей;

· обсадные трубы скважин;

· металлические и железобетонные конструкции зданий и coopyжений, находящихся в соприкосновении с землей;

· металлические шунты гидротехнических сооружений, водопроводы, затворы и т.п.;

· свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле (алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей);

· заземлители опор воздушных линий (ВЛ), соединенные с заземляющим устройством ЭУ при помощи грозозащитного 11 ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;

· нулевые провода В Л до 1 кВ с повторными заземлителями при
количестве кабелей не менее двух;

· рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных желез-
дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.