Л 13 Электробезопасность 2013

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Электрическая блокировка применяется в технологических электроустановках напряжением до 1000 В и испытательных стендах при любых напряжениях. Электрическая блокировка должна обеспечивать отключения напряжения при таком раскрытии дверей, дверец или снятии крышки, чтобы человек не мог проникнуть за ограждение к электроустановке под напряжением сам или с помощью инструмента.

3.2.4 Ориентация в электроустановках

Средства и методы ориентации позволяют персоналу чѐтко ориентироваться при выполнении работ и предостерегают его от ошибочных действий.

Ориентацию обеспечивают:

маркировка частей электрооборудования;

предупредительные сигналы, надписи и таблички, знаки высокого электрического напряжения;

знаки постоянные, предупреждающие;

соответствующее расположение, расцветка и окраска неизолированных токоведущих частей и изоляции;

отличительная расцветка органов управления и световая сигнализация.

Маркировка служит для распознания назначения и принадлежности частей оборудования, кабелей и проводов, штепсельных разъѐмов, что особенно важно при наличии большого количества цепей различных систем и напряжений. Для каждого напряжения предусматриваются отдельные условные обозначения: цифровые, символические или буквенно - смысловые.

Предупредительные сигналы, надписи и таблички применяют для указания на включѐнное состояние оборудования, наличие напряжения, пробой изоляции, режим работ изделия, запрет доступа внутрь изделия без принятия соответствующих мер, повышение температуры отдельных частей установки выше допустимых значений, действие аппаратов защиты и т.п.

Знаки высокого электрического напряжения служат для предупреждения об опасности поражения электрическим током во всех отраслях народного хозяйства.

Знаки постоянные предупреждающие укрепляют или наносят на двери щитов, ящиках и др.

Соответствующее расположение, расцветка и окраска неизолированных токоведущих частей и изоляции облегчает персоналу эксплуатацию и ремонт и предотвращает возможность ошибок.

Соответствующую расцветку применяют, чтобы различать проводники по функциональному назначению цепей, в которых они использованы.

31

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Отличительная расцветка органов управления (проводов заземляющих ножей) облегчает функции управления электроустановки и способствует исключению ошибочных действий со стороны персонала.

Световая сигнализация указывает на состояние части электрооборудования с помощью электрических ламп.

3.2.5 Выполнение электрических сетей изолированными от земли

Изоляция электрических сетей от земли обеспечивает безопасность при однополюсном или однофазном прикосновении путѐм ограничения тока через человека за счѐт больших переходных сопротивлений провод сети земля и малых собственных ѐмкостей проводов сети относительно земли.

Величины сопротивления утечки r и собственных ѐмкостей проводов С зависят от протяжѐнности сети. С увеличением протяжѐнности сети сопротивления утечки уменьшаются, а ѐмкости увеличиваются.

Соответственно увеличиваются значения тока замыкания на землю и тока через человека, прикоснувшегося к проводу сети.

Сети постоянного тока и однофазные в большинстве случаев имеют небольшую протяжѐнность. Поэтому ѐмкостным сопротивлением по сравнению с сопротивлением утечки можно пренебречь.

Анализ электрических сетей, изолированных от земли показывает, что при увеличении ѐмкости сети критическое сопротивление утечки увеличивается и для каждой кривой имеется критическое значение ѐмкости проводов относительно земли, выше которого при любых значениях сопротивления утечки ток через человека при однофазном прикосновении больше допустимого [8]:

3.2.6 Применение малых напряжений

Малое напряжение – это напряжение не более 42 В между фазами и по отношению к земле, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током.

Такое напряжение обеспечивает безопасность по двум причинам:

при малом напряжении через сопротивление протекает соответственно и «малый» ток;

при малом напряжении сопротивление тела человека имеет большие значения, что способствует ещѐ большему уменьшению тока через человека.

Впроизводственных условиях применяют малые значения напряжения в 12

и36 В.

32

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Напряжение до 36 В включительно применяется в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и вне помещения для питания следующих электроприѐмников: ручных электрифицированных инструментов, переносных ручных ламп, светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания, светильников общего освещения обычной конструкции с лампами накаливания, размещѐнных над полом высотой менее 2,5 м.

Напряжение не выше 12 В включительно должно применяться при питании ручных переносных ламп в особо опасных помещениях при особо неблагоприятных условиях, при соприкосновении работающего с большими металлическими заземлѐнными поверхностями (работа в металлической ѐмкости сидя или лѐжа на токопроводящем полу, в кабельном колодце, в смотровой яме и т.д.).

Источниками малого напряжения служат батареи гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки, преобразователь частоты, трансформаторы.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ применять автотрансформаторы и реостаты, так как в этом случае сеть малого напряжения связана с сетью высокого напряжения.

3.2.7 Защитное замыкание

Защитное замыкание – это искусственное замыкание на землю фазы сети с изолированной нейтралью, в которой возникла утечка, с целью шунтирования цепи однофазного прикосновения человека.

При сопротивлении шунтирования, обеспечивающем при однофазном прикосновении ток через человека менее порогового отпускающего, защитное замыкание рассматривается как резервная мера защиты, снижающая вероятность поражения людей электрическим током [9].

3.2.8 Выравнивание потенциалов

Выравнивание потенциалов – это методы снижения напряжений прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

Достигается выравнивание потенциалов путѐм искусственного повышения потенциала опорной поверхности ног до уровня потенциала токоведущих части (металлическое соединение токоведущей части и опорной поверхности), а также при контурном заземлении.

3.2.9 Изолирующие площадки

Изолирующие площадки – это площадка, пол и ограждение которыми электросети изолированы от земли. Изоляция площадки ограничивает ток через человека в случае прикосновения к частям электрооборудования под напряжением.

Эти площадки используют для обслуживания электрооборудования, в

33

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

котором по технологическим или иным соображениям не выполнено защитное заземление или зануление корпусов.

Устраивают изолирующие площадки с таким расчѐтом, чтобы человек, стоя на площадке, не мог одновременно прикоснуться к незаземлѐнному корпусу оборудования и конструктивным элементам здания.

Изоляцию площадки от земли выполняют с таким сопротивлением, чтобы напряжение, максимально возможное на незаземлѐнном корпусе по отношению к земле обусловливало через человека ток, не превышающий значения порогового ощутимого тока.

Если пол изолирующие площадки металлический, применяют выравнивание потенциалов: пол постоянно или на время выполнения работы соединяют металлическим предметом с незаземлѐнным корпусом.

34

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

4 ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ К ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАМ, НАХОДЯЩИМСЯ В АВАРИЙНОМ СОСТОЯНИИ

4.1 Защитное заземление

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землѐй или еѐ эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление является эффективной мерой защиты для электрооборудования, питающегося от электрических сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали источников питания.

Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения, что достигается путѐм уменьшения потенциала на корпусе оборудования относительно поверхности земли или за счѐт малого сопротивления заземления (в установках напряжением до 1000 В и выше при малых токах замыкания на землю, напряжением от 6 до 35 кВ), или за счѐт повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли (выравнивание потенциалов в электроустановках напряжением выше 1000 В с эффективно заземлѐнной нейтралью, с большими токами замыкания на землю источника, напряжением 110 кВ и выше). При выравнивании потенциалов, кроме того, уменьшается и напряжение шага.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю пробой фазы на корпус и последующее замыкание на землю является однофазным коротким замыканием, от тока которого срабатывает максимальная токовая защита, отключая повреждѐнный участок.

Согласно ПУЭ, защитное заземление выполняется в следующих случаях:

При напряжении переменного тока 380 В и выше.

Постоянного тока 440 В и выше во всех электроустановках.

При номинальных напряжениях переменного тока выше 42 В.

В электроустановках постоянного тока, размещѐнных в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных, а также в наружных установках.

При любом напряжении переменного и постоянного тока во взрывоопасных установках.

Рассмотрим схему прикосновения человека к зазѐмленному корпусу электроустановки при замыкании на корпус одной из фаз трѐхфазной сети с изолированной нейтралью. В этом случае ток через человека определяется по уравнению

35

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Сравнивая такой случай прикосновения со случаем прикосновения к фазному проводу, что равнозначно прикосновению к незаземлѐнному корпусу, из уравнений следует, что протекающий ток через человека при прикосновении к заземлѐнному проводу будет меньше, чем в первом случае. И этот ток тем меньше, чем меньше сопротивление заземления Rз.

Напряжение прикосновения для выносного заземления определяется напряжением корпус оборудования - земля:

Uпр = Uк = Iз ∙ Rз,

где Iз ток, протекающий через заземлитель при замыкании фазы на землю, А.

То есть выносное заземление обеспечивает безопасность, когда напряжение на корпусе не превышает допустимого значения. При больших токах замыкания нельзя получить допустимое напряжение прикосновения за счѐт снижения сопротивления заземления.

В этих случаях применяют контурное заземление. Такое заземление устраивается в виде наружного или внутреннего контура, внутри или снаружи которого устанавливается электрическое оборудование.

При замыкании на корпус происходит стекание тока в землю и благодаря системе заземлителей на поверхности площадки появляется повышенный потенциал по отношению к примыкающей территории.

На территории площадки напряжение прикосновения и шага оказываются незначительными. Если человек прикасается к заземлѐнному проводу и находится посередине заземлителей, то это напряжение максимально, а в случае, когда стоит на заземлителе, равно нулю.

Напряжение шага будет максимально в случае, если одна нога стоит над заземлителем, а вторая – по направлению к середине заземлителей и его значение равно нулю при расположении ног симметрично относительно заземлителя или симметрично относительно середины между смежными заземлителями.

Вокруг площадки, под которой расположено контурное заземление, напряжение шага оказывается значительным. Снижение потенциалов обеспечивается расположением металлических шин в местах проходов и проездов, незаземлѐнных между собой и с заземлителями.

Заземлители бывают естественные и искусственные.

К естественным заземлителям относятся электропроводящие части строительных и производственных конструкций и коммуникаций, имеющие хороший контакт с землей, кроме трубопроводов для транспортировки горючих и взрывчатых жидкостей и газов, металлические оболочки кабелей, кроме алюминиевых, обсадные трубы и др.

36

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать в качестве естественного заземлителя трубопроводы для питьевой воды и отопительных систем.

Искусственные заземлители – это специально устраиваемые для заземления металлоконструкции. Электроды могут располагать как вертикально, так и горизонтально.

Сопротивление заземляющих устройств нормируется в зависимости от напряжения электроустановки, типа нейтрали, а в общем случае определяется суммарной мощностью генераторов и трансформаторов.

4.1.1 Расчѐт заземляющих устройств

Исходными данными для такого расчѐта являются:

Напряжение заземляющей установки.

Режим нейтрали установки.

Величина тока замыкания на землю (для установок напряжением выше

1000 В).

Удельное сопротивление грунта.

План расположения заземляемого электрооборудования.

Характеристики естественных и искусственных заземлителей (сопротивление, количество, размеры, тип и форма).

Существует два метода расчѐта заземляющих устройств:

метод коэффициентов использования электродов, учитывающий однофазную структуру грунта, и применяемый для расчѐта простых заземлителей;

метод наведѐнных потенциалов, учитывающий двухслойную структуру грунта и применяемый для расчѐта сложных заземлителей.

4.1.2 Контроль заземляющих устройств

На каждое, находящееся в эксплуатации заземляющее устройство должен быть паспорт, включающий схему заземления, технические данные, данные о результатах проверки его состояния, о характере проведенных ремонтов и изменениях, внесѐнных в устройство заземления.

При эксплуатации заземляющих устройств следует проверять их сопротивление два раза в год, как правило, в периоды наименьшей проводимости почвы:

летом – в период наибольшего просыхания грунта;

- зимой – в период наибольшего промерзания грунта.

Внеплановые измерения сопротивления заземляющих устройств должны выполняться после их реконструкции или капитального ремонта.

Для предприятий связи величина сопротивления заземления должна соответствовать ГОСТ 464-79 [12].

37

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

4.2 Зануление

Зануление в электроустановках до 1000 В – это преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземлѐнной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трѐхфазного тока, с глухо-заземлѐнным выводом источника однофазного тока, с глухозаземлѐнной средней точкой источника в сетях постоянного тока.

При соединении металлических нетоковедущих частей (корпусов) электроустановок с нулевым проводом питающей сети, замыкание фазы на корпус превращается в однофазное короткое замыкание. Возникающий ток однофазного короткого замыкания должен обеспечить срабатывание устройства максимальной токовой защиты и автоматически отключить повреждѐнную электроустановку от питающей сети.

Зануление является эффективной защитой при питании электрооборудования от четырѐх проводных сетей с глухо-заземлѐнной нейтралью питающего трансформатора напряжением до 1000 В (обычно напряжением 220 / 380 В).

Схема заземления включает следующие элементы: нулевой провод питающей сети, заземление нейтрали источника питания (рабочее заземление) и повторное заземление нулевого провода.

Назначение нулевого провода питающей цепи в схеме зануления – создание цепи с малым сопротивлением для тока при замыкании в однофазное короткое замыкание.

Заземление нейтрали источника питания служит для снижения напряжения нулевого провода и соединенных с ним корпусов оборудования относительно земли при замыкании фазы.

Повторное заземление нулевого провода – это заземление нулевого провода, выполненное на некотором расстоянии от питающего трансформатора. Это напряжение позволяет снизить напряжение нулевого провода и корпусов занулѐванного оборудования относительно земли при замыкании фазы на корпус как при нормальном (штатном) режиме, так и при обрыве нулевого провода.

4.2.1 Требования к занулению

Каждая подлежащая занулению часть электроустановки должна быть присоединена при помощи отдельного ответвления к нулевому рабочему проводнику, если его используют в качестве нулевого защитного проводника, или к магистрали зануления, т.е. нулевого защитного проводника, от которого отходят два или более ответвлений.

Другим требованием является необходимость обеспечения непрерывности нулевого провода от каждого корпуса до нейтрали источника питания.

Магистрали зануления и ответвления должны быть доступны для осмотра. Согласно ПУЭ проводники зануления следует выбирать так, чтобы при

замыкании на корпус или на нулевой провод возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в три раза номинальный ток плавкой вставки

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику (теплового).

Кратность тока принимается:

при защите сети автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями – 1,1;

при отсутствии заводских данных коэффициент принимается 1,4 для автоматов с номинальным током до 100 А;

прочих – 1,25.

Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.

Сопротивление заземляющего устройства назначается в соответствии с напряжением сети.

4.2.3 Расчѐт зануления

Расчѐт зануления состоит из трѐх частей:

расчет на отключающую способность;

определение максимального напряжения корпуса оборудования относительно земли при замыкании фазы на корпус;

расчѐт рабочего и повторного заземления.

Расчѐт на отключающую способность включает определение величины тока однофазного короткого замыкания и проверку кратности этого тока по отношению к номинальному току устройства максимальной защиты. Расчѐт проводят как для коротких, так и протяжѐнных линий, которые выполнены либо стальными проводами, либо проводами из цветных металлов (меди, алюминия).

ВНИМАНИЕ! Кратность тока однофазного короткого замыкания по отношению к номинальному току устройств не должна быть меньше предельно допустимой.

Определение максимального напряжения корпуса оборудования

относительно земли при замыкании фазы на корпус. Выполнение системы зануления, рассчитанной только на отключающую способность, не гарантирует необходимую безопасность по следующим причинам:

1)за время срабатывания максимальной токовой защиты нулевой провод и соединѐнные с ним корпуса электрооборудования находятся под напряжением по отношению к земле;

2)если по какой-либо причине при замыкания на корпус Iз станет меньше тока отключения, то защита не сработает и в цепи по фазному проводу – нулевому проводу длительное время будет протекать значительный ток, вызывающий появление на корпусах оборудования напряжение относительно земли.

Расчѐт рабочего и повторных заземлений. Выполняется аналогично

39

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

расчѐту защитных заземлителей.

4.3 Защитное отключение

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

Для обеспечения безопасности устройства защитного отключения (УЗО) должны выполнять защиту в следующих случаях:

При глухих или неполных замыканиях на землю или корпус.

При появлении опасных токов утечки.

При переходе напряжения с высшей стороны на низшую.

Безопасность УЗО обеспечивается и предварительным контролем сопротивления изоляции перед каждым включением электроустановки, автоматическим контролем цепи защитного заземления или зануления, автоматическим или ручным контролем исправности УЗО.

К УЗО предъявляются следующие требования:

Высокая чувствительность (способность реагировать на малые изменения выходной величины).

Малое время отключения (время от момента возникновения повреждения до момента отключения напряжения не должно превышать 0,2 с).

Селективность работы (способность отключать напряжение только от повреждѐнного оборудования).

Самоконтроль (способность отключать оборудование при неисправности в УЗО).

Надѐжность УЗО.

Схемы УЗО классифицируют в зависимости от входной величины, на изменение которой реагируют чувствительные его элементы. Рабочие электрические схемы УЗО:

на напряжение корпуса электроустановки относительно земли;

токе замыкания на землю;

напряжение нулевой последовательности;

вентильные;

постоянном и переменном оперативном токе замыкания на землю.

40