Электрозащита

В целях обеспечения электробезопасности токоведущие части электроустановки не должны быть доступны для случайного прикосновения, а доступные прикосновению открытые прово­дящие части не должны находиться под напряжением, пред­ставляющим опасность поражения электрическим током как в нормальном режиме работы электроустановки, так и при по­вреждении изоляции.

Для защиты от поражения электрическим током в нормаль­ном режиме должны быть применены по отдельности или в соче­тании следующие меры защиты от прямого прикосновения:

• основная изоляция токоведущих частей;

• ограждения и оболочки;

• установка барьеров;

• размещение вне зоны досягаемости;

• применение сверхнизкого (малого) напряжения.

Для дополнительной защиты от прямого прикосновения сле­дует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номи­нальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА. Защитное автоматическое отключение питания — это ав­томатическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности.

Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном при­косновении:

• защитное заземление;

• автоматическое отключение питания;

• уравнивание потенциалов;

• выравнивание потенциалов;

• двойная или усиленная изоляция;

• сверхнизкое (малое) напряжение;

• защитное электрическое разделение цепей;

• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Ограждения выполняются сплошными и сетчатыми. Сплош­ные ограждения (корпуса, кожухи, крышки) применяются в электроустановках напряжением до 1000 В, а сетчатые — до и выше 1000 В. Ограждения оборудуются крышками, дверцами или дверями, запирающимися на замок или снабженными бло­кировками. Применение съемных крышек, закрепляющихся болтами, не обеспечивает надежной защиты, так как зачастую крышки снимаются, теряются или используются для других це­лей, вследствие чего токоведущие части остаются долгое время открытыми.

Блокировки применяются в электроустановках, требующих частого проведения работ на ограждаемых токоведущих частях. Блокировки по принципу действия бывают механические и элек­трические. Механические блокировки имеют защелки различно­го конструктивного исполнения, которые фиксируют поворотную часть механизмов в отключенном состоянии. Они применяются в электрических пускателях, автоматических выключателях, ру­бильниках. Электрические блокировки разрывают цепь с помо­щью специальных контактов, установленных на дверях огражде­ний, крышках и дверцах кожухов. Эти блокировки наиболее целесообразно использовать совместно с дистанционным управле­нием электроустановкой (рис. 28). В этом случае блокировочные контакты (БК), сблокированные с дверью или крышкой, при их открывании или снятии размыкают цепь питания катушки маг­нитного пускателя (МП). При такой схеме обрыв цепи управле­ния и случайное открытие двери не представляет опасности, так как электроустановка будет обесточенной.

Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) — это напряжение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном при­косновении может потребоваться при более низких напряжени­ях, например 12 В переменного и 30 В постоянного тока при нали­чии требований соответствующих глав ПУЭ.

Защита от прямого прикосновения не требуется, если элект­рооборудование находится в зоне системы уравнивания потен­циалов, а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без по­вышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока — во всех случаях.

В производственных условиях ПУЭ предусматривает примене­ние двух малых напряжений — 12 и 36 В.

Напряжение до 36 В применяется в помещениях с повышен­ной опасностью, особо опасных и вне помещений для питания ручного электрифицированного инструмента, переносных све­тильников.

Напряжение не выше 12 В должно применяться для питания ручных переносных ламп в особо опасных помещениях при особо неблагоприятных условиях работы: в стесненных условиях, при соприкосновении работающего с большими металлическими заземленными поверхностями (работа в металлической емкости сидя или лежа на токопроводящем полу, в смотровой яме и др.).

Защитное электрическое разделение цепей — отделение од­ной электрической цепи от других цепей в электроустановках на­пряжением до 1 кВ с помощью:

• двойной изоляции;

• основной изоляции и защитного экрана;

• усиленной изоляции;

• разделительных трансформаторов.

Защитный экран — проводящий экран, предназначенный для отделения электрической цепи или проводников от токоведущих частей других цепей.

Разделительный трансформатор — трансформатор, первич­ная обмотка которого отделена от вторичных обмоток при помо­щи защитного электрического разделения цепей.

Безопасный разделительный трансформатор — разделитель­ный трансформатор, предназначенный для питания цепей сверх­низким напряжением.

Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки — помещения, зоны, площадки, в которых (на которых) защита при косвенном прикосновении обеспечивается высоким сопротивле­нием пола и стен и в которых отсутствуют заземленные проводя­щие части.

Уравнивание потенциалов — электрическое соединение про­водящих частей для достижения равенства их потенциалов. За­щитное уравнивание потенциалов — уравнивание потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности.

Выравнивание потенциалов — снижение разности потенциа­лов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему уст­ройству, или путем применения специальных покрытий земли.

Изоляция. Покрытие токоведущих частей или отделение их от других частей слоем диэлектрика обеспечивает протекание тока по требуемому пути и безопасную эксплуатацию электроустано­вок, В электроустановках применяются следующие виды изоля­ции: основная, дополнительная, двойная и усиленная.

Основная изоляция — это изоляция токоведущих частей, обес­печивающая нормальную работу электроустановки и защиту от прямого прикосновения.

Дополнительная изоляция — независимая изоляция в электро­установках напряжением до 1 кВ, выполняемая дополнительно к основной изоляции для защиты при косвенном прикосновении.

Двойная изоляция — изоляция в электроустановках напряжени­ем до 1 кВ, состоящая из основной и дополнительной изоляций.

Усиленная изоляция — изоляция в электроустановках напря­жением до 1 кВ, обеспечивающая степень защиты от поражения электрическим током, равноценную двойной изоляции.

При двойной изоляции, кроме основной рабочей, на токове­дущих частях применяется слой изоляции, защищающий че­ловека при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением при по­вреждении рабочей изоляции. Наиболее совершенной двойной изоляцией является изготовление корпусов электрооборудова­ния из изолирующего материала. Обычно двойную изоляцию имеют выключатели, розетки, вилки, патроны ламп, перенос­ные светильники, электроизмерительные приборы, электрифи­цированные ручные инструменты.

Изоляция обеспечивает безопасность благодаря большому со­противлению, которое должно быть не менее 0,5 МОм, что пре­пятствует протеканию значительных токов через нее. Сопротив­ление изоляции уменьшается с повышением температуры, напряжения и в результате старения.

Содержание изоляции в исправном состоянии является одним из важнейших требований ПУЭ. Для контроля ее качества прово­дятся периодические и постоянные профилактические испыта­ния в сроки, установленные ПУЭ и Межотраслевыми правилами по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации элект­роустановок (ПОТ Р М-016—2001). Контроль осуществляется с помощью мегаомметра типа Ml 101 при приемо-сдаточных испы­таниях электроустановки после монтажа, ремонта, при обнару­жении дефектов изоляции, а также периодически в установлен­ные нормативно-технической документацией сроки.

Защитное заземление. Это преднамеренное электрическое со­единение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудо­вания с заземляющим устройством, выполняемое в целях элект­робезопасности .

При замыкании токоведущих частей на изолированный от земли корпус оборудования последний окажется под напряжени­ем и прикосновение к нему будет так же опасно, как и к фазе.

Защитное заземление снижает до безопасного уровня напря­жение прикосновения к корпусу за счет уменьшения потенциала относительно земли из-за малого сопротивления заземления.

Совокупность металлических проводников (заземлителей), на­ходящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом, и проводников, соединяющих электроустановки с заземлителями, называется заземляющим устройством.

В зависимости от расположения заземлителей по отношению к заземляемому оборудованию заземления бывают выносные или сосредоточенные, контурные или распределенные. Заземлители бывают естественные и искусственные. К естественным относятся различные технологические металлоконструкции, имеющие хо­роший контакт с землей: железобетонные фундаменты, арматура железобетонных конструкций, металлические оболочки кабелей (за исключением алюминиевых), обсадные трубы и др. Для зазем­ления в первую очередь должны использоваться имеющиеся ес­тественные заземлители. Искусственные заземлители — специ­ально устраиваемые для заземления металлоконструкции.

Заземление электроустановок необходимо применять во всех случаях при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного, а также при напряжении выше 50 В, но ниже 380В переменного тока и НОВ постоянного тока в помеще­ниях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках.

Подлежащие заземлению объекты присоединяют к главной заземляющей шине с помощью отдельного заземляющего провод­ника. Не допускается последовательное соединение заземля­ющих проводников от нескольких единиц оборудования, так как в случае нарушения целости соединения незаземленными могут оказаться сразу несколько электроустановок.

Общее сопротивление заземляющего устройства равно сумме сопротивлений стекаиию тока с заземлителей в землю и сопротив­ления заземляющих проводников.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присо­единены нейтрали генератора или трансформатора, в любое вре­мя года должно быть не более 2, 4 и 80м соответственно при ли­нейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Если мощ­ность источника питания электросети 100 кВА и менее, то сопро­тивление не должно превышать 10 Ом.

Зануление. В электроустанов­ках до 1 кВ с глухозаземленнои ней­тралью должно быть выполнено зануление. Этот способ защиты че­ловека от поражения током в случае замыкания фазы на нетоковедущие части электроустановки заключает­ся в преднамеренном электриче­ском соединении с нулевым защит­ным проводником (рис. 30).

Защитный эффект зануления со­стоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и, следовательно, в снижении времени воз­действия электрического тока на человека. При подключении корпусов электроустановок к нулевому проводу любое замыкание на корпус становится однофазным коротким.

Ток короткого замыкания /_кз (в А) определяется фазным на­пряжением t/ф и полным сопротивлением цепи:

где r_т — сопротивление обмоток трансформатора, Ом; r_{ф пр} — сопротивление фазного провода, Ом; r_н — сопротивление нулевого провода.

При = г_ф ток короткого замыкания будет равен

Применение заземления корпуса без зануления электроуста­новки в сетях с глухозаземленнои нейтралью недопустимо, так как при пробое изоляции и замыкании фазы на корпус в цепь бу­дут включены два сопротивления R₃ и R₀, значительно снижаю­щие ток замыкания /„_,,

Так, при l/ф сети, в которую включена электроустановка, рав­ном 220 В, сопротивлении R₃ = R₀ = 4 Ом, ток замыкания 1_КЗ соста­вит (в А):

4 + 4

Такой величины тока может оказаться не достаточно для перего­рания плавкой вставки или срабатывания автоматического защит­ного устройства. В этом случае корпус электроустановки окажется под напряжением U = 1_КЗ * R₃, величина которого может превысить предельно допустимые значения для прикосновения человека.

Также является недопустимым использованием в сети с глухозаземленной нейтралью соединение части корпусов электроуста­новок с нулевым проводом с частями, заземленными на отде­льные заземлители, так как при замыкании на одном из корпусов электроустановок, подсоединенных к отдельному заземлителю R₃, напряжение на нем достигает опасной величины. В этом слу­чае корпуса электроустановок, правильно подсоединенных к ну­левому проводу, также окажутся под опасным напряжением от­носительно земли.

Зануление должно быстро отключать поврежденную электро­установку от сети и обеспечивать безопасность прикосновения че­ловека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответс­твии с этим зануление должно быть рассчитано на отключающую способность, а также на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления).

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного ко­роткого замыкания 1_КЗ удовлетворяет условию I_{к 3} >k* I_н, где k — коэффициент кратности номинального тока плавкой вставки пре­дохранителя /_н или установки тока срабатывания автоматического выключателя.

Значение коэффициента k принимается в зависимости от типа защиты электроустановки. Если защита осуществляется автома­тическим выключателем, k принимается в пределах 1,25...1,4. Если защита производится с помощью плавких предохранителей, то в целях ускорения отключения принимают k > 3.

Сопротивление заземления нейтрали R₀ должно быть таким, чтобы в случае замыкания какой-либо фазы на землю напряже­ние, под которым окажется человек, прикоснувшийся к занулен­ному корпусу, не превышало допустимого напряжения прикосно­вения. Для снижения напряжения на корпусе необходимо уменьшать сопротивление нулевого провода (увеличив его сече­ние, или проложив параллельно несколько проводников, или применять повторное заземление нулевого провода).

Согласно требованию ПУЭ общее сопротивление заземления нейтрали и всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 8, 4 и 2 Ом соответственно при линейных напряже­ниях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника однофазного тока.

Назначение повторного заземления нулевого защитного про­водника — уменьшение опасности поражения людей электриче­ским током, возникающей при обрыве этого проводника и замы­кании фазы на корпус за местом обрыва. В данном аварийном режиме напряжение относительно земли оборванного участка ну­левого проводника и всех присоединенных к нему корпусов ока­жется равным фазному напряжению сети £/_ф. Это напряжение бу­дет существовать в течение длительного времени, пока не будет обнаружено. Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление R_n, то при его обрыве сохранится цепь, ток через землю 1_КЗ, в результате чего напряжение зануленных кор­пусов за местом обрыва снизится до значения:

Однако корпуса, присоединенные к нулевому защитному про­воднику до места обрыва, также окажутся под напряжением от­носительно земли:

Вместе эти напряжения равны фазному .

Если принять R₀ = R_a, то корпуса, присоединенные к нулевому защитному проводнику как до, так и после места обрыва, будут иметь одинаковое напряжение: . Этот случай является наименее опасным, т. к. при других соотношениях R₀ и R_п часть корпусов будет находиться под напряжением, большим 0,51U_ф.

Следовательно, повторное заземление нулевого провода значи­тельно уменьшает опасность поражения электрическим током, возникающую при обрыве нулевого защитного проводника, но не может устранить ее полностью, т. е. не может обеспечить тех ус­ловий безопасности, которые существовали до обрыва.

В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого за­щитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва по любой причине. Поэтому в нулевом защитном проводнике в от­личие от нулевого рабочего проводника запрещается ставить пре­дохранители, рубильники и другие приборы, которые могут нару­шить его целостность.

Расчеты рабочего и повторного заземлений выполняются ана­логично расчетам защитных заземлений электроустановок.

Контроль зануления проводится после монтажа электроуста­новки, ее капитального ремонта или реконструкции и 1 раз в 5 лет в процессе эксплуатации. Контроль включает внешний осмотр цепи, измерение сопротивления петли «фаза — нуль» и измерения сопротивлений рабочего и повторных заземлений.

При внешнем осмотре проверяются элементы цепи, доступные осмотру. Между корпусами оборудования и нулевым проводом питающей сети должна быть надежная цепь, не должно быть об­рывов и неудовлетворительных контактов.

Сопротивления рабочего и повторных заземлений нулевого провода измеряются аналогично измерениям сопротивлений за­щитных заземлений.

Измерение сопротивления петли фазы — нулевой проводник проводят для определения величины полного сопротивления пет­ли и последующего расчета величины тока однофазного коротко­го замыкания с целью сравнения его с номинальным током уст­ройства максимальной токовой защиты.

Защитное отключение. Это быстродействующая защита, обес­печивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электриче­ским током.

Защитное отключение должно осуществлять защиту от глухих или неполных замыканий на землю или корпус; при появлении опасных токов утечки; при переходе высшего напряжения на низшее.

Устройства защитного отключения должны обладать высокой чувствительностью, малым временем отключения (ПУЭ требует, чтобы это время не превышало 0,2 с); самоконтроль и надеж­ность.

В качестве чувствительного элемента используется реле напряжения (РЗО), включаемое между корпусом защищаемой электроустановки и дополнительным заземлением. Размыкающий контакт 1РЗО включается в цепь питания катушки магнит­ного пускателя (МП). Схема работает следующим образом: при за­мыкании на корпус последний оказывается под напряжением относительно земли. Если величина этого напряжения превыша­ет установку реле, оно срабатывает и разрывает размыкающий контакт в цепи управления. При этом катушка МП обесточивает­ся и отключает электроустановку. Исправность схемы проверяет­ся вручную — путем имитации замыкания фазы на корпус нажа­тием кнопки контроля (К). Эта схема защитного отключения отличается простотой устройства, но требует вспомогательного заземлителя Д_в.

Рис. 31. Схемы устройства защитного отключения:

а — на напряжении корпуса относительно земли; б — на токе замыкания на землю; в — то же, с включением катушки РЗО в рассечку провода зануления

Схема защитного отключения рис. 31, б, в на токе замыкания на землю в качестве чувствительного элемента содержит токовое реле (РЗО), включаемое между корпусом защищаемой электро­установки и заземлителем R₃ или нулевым проводом 0 питающей сети. Принцип действия этой схемы аналогичен описанной выше, но в связи с использованием в ней токового реле с малым сопро­тивлением катушки отпадает необходимость во вспомогательном заземлителе, что является ее достоинством. Недостатком схемы является отсутствие в ней системы самоконтроля.

Защитное отключение может применяться как основная мера защиты совместно с защитным заземлением или занулением.

Электрозащитные средства и предохранительные приспособ­ления. К электрозащитным относятся переносимые и перевози­мые средства, служащие для защиты людей от поражения элект­рическим током

По назначению электрозащитные средства (ЭЗС) разделяются на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

Необходимость их применения обусловлена тем, что при экс­плуатации электроустановок иногда возникают условия, когда примененные на них совершенные защитные устройства не га­рантируют безопасность человека.

Изолирующие электрозащитные средства разделяются на ос­новные и дополнительные. Изоляция основных средств на­дежно выдерживает рабочие напряжения электроустановок, и с их помощью разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. При обслуживании электроустановок напряже­нием до 1000 В основными изолирующими средствами являются указатели напряжений, электроизмерительные клещи, диэлектри­ческие перчатки, инструмент с изолированными ручками.

Дополнительные средства применяются в сочетании с основными, так как самостоятельно не обеспечивают безопасно­сти персонала. К ним относятся диэлектрические галоши, боты, изолирующие подставки и резиновые диэлектрические ковры.

Ограждающие средства применяют для временного огражде­ния токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним относятся ограждения (ширмы, барьеры, щиты), изолирующие накладки и колпаки, переносные заземления, предупредитель­ные переносные плакаты.

Вспомогательные защитные средства служат для защиты персо­нала от падения с высоты (предохранительные пояса и страхующие канаты), для безопасного подъема на высоту (лестницы, когти) и для защиты от тепловых, световых, химических и других воздействий (спецодежда, рукавицы, противогазы, защитные очки и др.).

Организационно-технические мероприятия по обеспечению электробезопасности. К работе для обслуживания электроустано­вок допускается персонал (не моложе 18 лет), прошедший меди­цинский осмотр, инструктаж и обучение безопасным методам труда, имеющий определенную квалификационную группу по электробезопасности.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими без­опасность при выполнении работы в действующих электроуста­новках, являются оформление работы нарядом или распоряжени­ем, допуск к работе после целевого инструктажа, надзор во время работы, оформление перерыва в работе, переводов на другие рабо­чие места и окончание работы.

Для обеспечения безопасности работ в действующих электро­установках при частичном или полном снятии напряжения на ра­бочих местах выполняются следующие технические мероприя­тия: отключаются необходимые электроустановки или их части и принимаются меры, препятствующие подаче напряжения к мес­ту работы из-за ошибок или самопроизвольного включения комму­никационной аппаратуры; вывешиваются запрещающие плакаты и при необходимости устанавливаются временные ограждения; присоединяется к заземляющей шине переносное заземление и проверяется отсутствие напряжения на токоведущих частях, на которые должно накладываться переносное заземление; непо­средственно после проверки отсутствия напряжения накладывает­ся заземление на отключенные токоведущие части электроустанов­ки; ограждается рабочее место и вывешиваются предостерегающие и разрешающие плакаты.