11.2. Защитные заземления в электротехнических установках. Основные понятия
Электроустановки в отношении мер электробезопасности согласно ПУЭ разделяются на:
- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью;
- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью;
- электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью;
- электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.
11.2.1. Опасность поражения электрическим током
Поражения электрическим током делят на:
1. Поражения непосредственного прикосновения или недопустимого приближения к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
2. Поражения, вызванные прикосновением к конструкциям, которые оказались под напряжением в результате повреждения изоляции;
3. Поражения «напряжения шага».
Факторами поражения электрическим током являются либо возникновение цепи электрического тока через тело человека, либо внешние его воздействия, такие как ожог, ослепление, либо совмещение этих факторов.
Характер поражения зависит от физических и физиологических обстоятельств.
Механизм поражения людей электрическим током, величина поражающего тока и связанные с поражениями явления, происходящие в сложном человеческом организме, еще недостаточно изучены.
Принято считать, что безусловно смертельным является ток 100 мА, но были смертельные случаи и при меньших токах.
Существует несколько теорий, объясняющих механизм поражения током:
1. Электролитическое разложение крови, поляризационные процессы при этом раздражают нервную систему, что служит причиной поражения;
2. Возникновение фибрилляций сердца, приводящих к необратимой остановке кровообращения;
3. Рефлекторные явления, вызванные процессами возбуждения и торможения при внезапном действии тока.
Переменный ток воздействует на человеческий организм сильнее постоянного.
Опасность поражения снижается с повышением частоты.
Сама по себе величина напряжения не может служить критерием поражения, поэтому опасным считается напряжение 60 В, а в особо сырых помещениях и резервуарах – 12 В.
На величину поражающего тока влияют окружающая температура, влажность, проводимость полов, состояние обуви, путь прохождения тока через тело человека.
В ряде случаев может наступить «мнимая смерть», что вызвано функциональным расстройством, но путем искусственного дыхания может быть восстановлена деятельность легких и сердца.
Различие взглядов по вопросам травматизма не препятствует установлению норм, обеспечивающих безопасность людей.
11.2.2. Мероприятия по защите от поражения электрическим током
Большое влияние на исход поражения оказывает продолжительность воздействия тока. В этой связи схема сети играет весьма важную роль в обеспечении безопасности. В главе 1 скрупулёзно выполнен анализ режимов нейтралей сетей. Поскольку в сетях с изолированной нейтралью дело имеют с малыми токами при замыкании фазы на землю, то очень сложно организовать отключение повреждённых участков в них. Сети с изолированной нейтралью, с позиций электробезопасности, опаснее, чем сети с глухим заземлением нейтрали. Поэтому более подробно остановимся на этом аспекте. Векторные диаграммы напряжений в сетях с изолированной нейтралью показаны на (рис. 11.7).
|
|
|
а) |
б) |
в) |
Рис. 11.7. Векторные диаграммы напряжений в сетях с изолированной нейтралью:
а – при равном состоянии изоляции всех фаз; б – при пониженной изоляции фазы А; с – при замыкании на землю фазы А.
Нейтраль (а при наличии изолированного от земли нейтрального провода также и этот провод) в зависимости от состояния изоляции отдельных фаз сети может иметь напряжение по отношению к земле – от фазного до 0.
Через место повреждения изоляции будет протекать ток, равный геометрической сумме активных токов утечки и ёмкостных токов двух других фаз.
Повреждение изоляции, при котором происходит электрическое соединение находящихся под напряжением частей установки с заземленными конструктивными частями или непосредственно с землей, называется однофазным замыканием на землю, а возникающий при этом ток через место замыкания – током однофазного замыкания на землю.
Напряжение, воздействию которого непосредственно подвергается тело человека в сети с изолированной нейтралью, представляет собой часть междуфазного напряжения, действующего в цепи замыкания, при прикосновении человека к проводнику, находящемуся под напряжением, которое зависит от соотношения величин сопротивления цепи.
Если нейтраль сети заземлена, то напряжения отдельных фаз по отношению к земле практически постоянны и равны фазному. В этом случае напряжение, воздействию которого подвергается тело человека, представляет лишь часть фазного напряжения.
Поражения, вызванные прикосновением к конструкциям или корпусам, оказавшимся под напряжением вследствие нарушения изоляции, предотвращается путем устройства защитных заземлений.
Заземление, устраиваемое при помощи заземляющих проводников и «заземлителей» с целью обеспечения безопасности, представляет собой преднамеренное соединение с землей металлических частей электроустановки, нормально не находяшихся под напряжением.
Системы заземления, согласно требованиям главы 1.7 ПУЭ, обозначают двумя прописными латинскими буквами. Первая буква характеризует состояние нейтрали источника питания относительно земли: T – заземлённая нейтраль, I – изолированная нейтраль. Вторая буква в обозначении системы заземления характеризует состояние открытых проводящих частей относительно земли: T – заземлены, независимо от отношения к земле источника питания, N – присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания. Последнее имеет место в сетях до 1 кВ для частного случая заземления – зануления.
Назначение защитного заземления заключается в создании между металлическими конструкциями или корпусом защищаемого устройства и землей электрического соединения достаточно малого сопротивления. Оно применяется во всех сетях с изолированной нейтралью, а также в сетях выше 1000 В с заземленной нейтралью. В первом случае система заземления – IT, во втором – TT.
В установках 220 и 380 В с заземленной нейтралью трансформаторов и генераторов применяется система заземления TN, при которой заземляющие проводники соединены с нейтралью, – зануление, основным назначением которого является обеспечение отключения участка сети, на котором произошло замыкание. В свою очередь, в системе обозначения зануления после основных двух букв через дефис могут быть после N буквы, характеризующие совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:
- S – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники разделены (система TN - S);
- C – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника совмещены в одном проводнике (PEN – проводник), система TN - C.
Не допускается в системе TN - C применять УЗО, реагирующие на дифференциальный ток.
Правила допускают применение системы TN - C - S, когда рабочий нулевой провод и защитный нулевой провод совмещены в одном проводнике только в части системы у источника питания, а затем они разделены. Запрещается после разделения проводов их функции снова объединять в одном проводе со стороны нагрузки.
Применяются в отдельных случаях меры защиты, основанные на других принципах:
1. Защитное отключение;
2. Изоляция от земли конструкций, на которых работают люди;
3. Применение малых напряжений;
4. Выполнение корпусов переносного электрооборудования из изоляционных материалов.
Всегда важнейшим мероприятием является поддержание изоляции на должном уровне, путем периодического контроля и испытаний.