Охрана труда и техника безопасности в электроустановках. Учебное пособие

При Uф = 220 В, Rо = Rзу напряжение на корпусе составит Uк

=110 В, что не допустимо по условиям электробезопасности.

Втаких случаях правилами (ПУЭ) предусматривается применение в качестве основной меры защиты автоматическое отключение источника питания. Для этого открытые проводящие части (корпуса) электропотребителей присоединяют дополнительным защитным проводником, обозначаемым на схемах буквами «PE», к глухозаземлённой нейтрали источника питания (защитное зануление), а для автоматического отключения должны быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или на дифференциальный ток. При этом время автоматического отключения не должно превышать значений, указанных в табл. 10.

Таблица 10 – Наибольшие допустимые времена защитного автоматического отключения в сети с глухозаземлённой нейтралью

Принципиальная схема защитного зануления приведена на рис. 10. Из схемы видно, что любое замыкание токоведущей части на корпус превращается в короткое замыкание, при котором должна сработать максимальная токовая защита, отключающая повреждённую электроустановку от питающей сети:

Iз = Iкз = Uф / Rпр.,

42

где Rпр – сопротивление петли «фаза-нуль», т.е. фазного и нулевого защитного проводников сети (Rф + RPE).

Сопротивление фазного и нулевого защитного проводников зависят от материала, длины и их сечения, т.е. определяется конструкцией питающей сети, и не зависит от подключаемой нагрузки. В качестве аппаратов защиты электрических сетей напряжением до1000 В используют автоматические выключатели или плавкие предохранители. Требуемое время отключения повреждённой электроустановки обеспечивается, если ток короткого замыкания превышает номинальный ток установленного аппарата защиты в «К» раз, зависящий, в свою очередь, от типа коммутационного аппарата. Так, например, при защите плавкими предохранителями этот коэффициент должен быть не менее 3.

Рис. 10 – Принципиальная схема защитного зануления

Для проверки соответствия тока плавления предохранителей или уставок расцепителей автоматических выключателей току короткого замыкания электропотребителей периодически проводят измерение сопротивления петли «фаза-ноль», с помощью специально предназначенных для этих целей приборов.

43

Измерения проводят при профилактических работах, а также при капитальном и текущем ремонтах, но не реже 1 раза в 6 лет.

Нулевой защитный проводник PE в сетях с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В может иметь исполнение:

–нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники совмещены в одном проводнике PEN на всём протяжении сети (система TN–C), рис. 11;

–нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники разделены на всём протяжении сети (система TN–S), рис. 12;

–нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники совмещены в одном проводнике только в какой–то части сети, начиная от источника питания (система TN–C–S), рис. 13.

Рис. 11 – Схема системы TN-C (проводники N и PE совмещены в одном проводнике PEN на всём протяжении сети)

Первая буква в обозначении системы характеризует состояние нейтрали источника питания относительно земли:

T – заземлённая нейтраль;

I – изолированная нейтраль.

44

Рис. 12 – Схема системы TN-S

(нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники разделены на всём протяжении сети)

Рис. 13 – Система TN-C-S

45

(нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники совмещены в одном проводнике только в какой-то части сети, начиная от источника питания).

Вторая буква – состояние открытых проводящих частей (металлических корпусов электроустановки) относительно земли:

T – открытые проводящие части заземлены независимо от отношения к земле нейтрали источника питания;

N – открытые проводящие части присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания.

В системе TN с целью уменьшения опасности поражения током выполняют повторное заземление PE и PEN – проводников на вводе в электроустановки зданий, на концах воздушных линий электропередач или ответвлений от них длиной более 200м. Для повторного заземления в первую очередь используют естественные заземлители. Следует помнить, что повторное заземление только снижает опасность поражения, но не исключает её. Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине, которую устанавливают внутри вводного устройства электроустановки. Главная заземляющая шина – шина, входящая в состав заземляющего устройства и предназначенная для соединения заземляющих проводников с другими защитными проводниками.

Для снижения напряжений прикосновения и шага применяют выравнивание потенциалов, путем устройства контурных заземлений. Заземлители в контурном заземлении располагают как по контуру, так и внутри защищаемой зоны. Вертикальные заземлители (трубы, уголки), забитые в землю, соединяются стальными полосами в пределах защищаемых объектов.

На рис 14 показан контур заземления, состоящий из двух заземляющих устройств Rзу1 и Rзу2, на которое произошло замыка-

46

ние токоведущей части электроустановки. Пунктирными линиями показано распределение потенциалов при одиночных заземлителях, а сплошной линией обозначена результирующая кривая потенциалов точек поверхности земли относительно удалённой «земли». Из рисунка видно, что выравнивание потенциалов, т.е. уменьшение напряжений прикосновения и шага происходит только внутри контура. За пределами контура заземления наблюдается картина распределения потенциалов, мало отличающаяся от таковой для одиночного заземлителя. Для выравнивания потенциалов вне контура заземления дополнительно укладывают стальные полосы за пределами контура заземления.

Рис 14 – Выравнивание потенциалов в контуре заземления, состоящего из двух электродов

Защитное электрическое разделение цепей представляет собой разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки посредством или двойной изоляции, или основной изоляции и защитного экрана, или уси-

47

ленной изоляции. Так, например, разветвлённые сети большой протяжённости имеют значительные ёмкости относительно земли, что создаёт повышенную опасность при прямом прикосновении человека. Применение же разделительного трансформатора, первичная обмотка которого отделена от вторичной при помощи защитного электрического разделения цепей, позволяет существенно повысить условия электробезопасности потребителя, подключённого к вторичной обмотке указанного трансформатора.

Двойная изоляция представляет собой электрическую изоляцию, состоящую из основной, обеспечивающей нормальную работу электроустановки и защиту от прямого прикосновения, и дополнительной изоляции, выполняемой дополнительно к основной для защиты при косвенном прикосновении.

Усиленная изоляция – это улучшенная основная изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

Защитное отключение представляет собой быстродействующую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электроустановки от сети при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током. Такая опасность может возникнуть при прикосновении человека непосредственно к токоведущим частям или корпусу электроустановки, на который произошло замыкание токоведущей части. Статистика показывает, что наибольшее число электротравм происходит при непосредственном прикосновении человека к токоведущим частям. Достоинством устройства защитного отключения (УЗО) является его способность спасти человека в подобной ситуации. Поэтому широкое применение УЗО является необходимым и целесообразным средством снижения электротравматизма.

Принцип работы УЗО заключается в постоянном контроле некоторых электрических параметров сети, таких, например, как напряжение корпуса, напряжение фаз относительно земли и др.

48

Изменение этих параметров может служить сигналом для устройства защитного отключения. При превышении установленного из условий электрической безопасности заданного уровня напряжения УЗО срабатывает, и происходит автоматическое отключение контролируемой электроустановки от сети.

Впрактике эксплуатации электроустановок до 1000В наибольшее распространение получили устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током. УЗО с помощью встроенного в него дифференциального (суммирующего) трансформатора определяет сумму токов в проводниках своей главной цепи и разрывает эту цепь, если сумма токов превышает заданное значение.

На рис. 15 показана функциональная схема УЗО, состоящего из дифференциального трансформатора ДТ, расцепителя дифференциального тока Р и главного выключателя К. В нормальном режиме работы электрической цепи (Iз = 0) токи, протекающие в проводниках главной цепи I1 и I2, равны току нагрузки, тогда магнитные потоки, создаваемые токами I1 и I2 равны между собой и направлены встречно друг другу. В результате этого величина тока Ip будет равна нулю.

Ваварийном режиме, вызванном повреждением изоляции и возникновением тока замыкания на землю Iз, по одному из проводников главной цепи помимо тока нагрузки будет протекать возникший ток замыкания. Сумма токов в проводниках главной цепи устройства будет отлична от нуля и составит:

∆I = I1 – I2 = Iз

В этих условиях расцепитель дифференциального тока Р может сработать, и главный выключатель отключит повреждённый потребитель от сети. В качестве главного выключателя применяют контакторы, автоматические выключатели, время срабатывания которых лежит в интервале 0,06 – 0,13 с.

49

Рис. 15 – Функциональная схема устройства защитного отключения

В стандартах установлены следующие значения номинального отключающего дифференциального тока ∆I: 0,006;

0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А; (6, 10, 30, 100, 300, 500) мА.

Правила устанавливают обязательную установку устройств защитного отключения, реагирующих на дифференциальный ток, с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА в следующих случаях:

–для групповых линий, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений, в особо опасных помещениях и с повышенной опасностью поражения электрическим током;

–если устройство защиты от сверхтока не обеспечивает автоматического отключения из–за низких значений токов короткого замыкания.

Любое устройство защитного отключения для периодического контроля оснащается контрольным устройством, которое имитирует появление дифференциального тока в главной цепи УЗО и применяется только для эксплуатационного испытания и не должно использоваться в качестве средства его отключения.

50