5.5. Методы и средства защиты от поражения электрическим током

Выбор средств защиты зависит от:

1. режима электрической сети;

2. вида электрической сети;

3. условий эксплуатации

Средства электробезопасности:

1. общетехнические;

2. специальные;

3. средства индивидуальной защиты

Общетехнические средства защиты

1. Рабочая изоляция

Для оценки изоляции используют следующие критерии:

- сопротивление фаз электрической проводки без подключенной нагрузки R₁0,5 МОм;

- сопротивление фаз электрической проводки с подключенной нагрузкой R₂0,08 МОм.

2. Двойная изоляция

3. Недоступность токоведущих частей (используются оградительные средства — кожух, корпус, электрический шкаф, использование блочных схем и т.д.).

4. Блокировки безопасности (механические, электрические)

5. Малое напряжение

Для локальных светильников (36 В), для особо опасных помещений и вне помещений.

12 В используется во взрывоопасных помещениях.

6. Сигнализация (использование маркировок отдельных частей электрического оборудования, надписи, предупредительные знаки, разноцветная изоляция, световая сигнализация).

7. Электрическое разделение сетей - В сетях большой протяженности имеют место значительные емкостные сопротивления, что повышает опасность поражения человека электрическим током. В связи с этим, предусматривается установка разделяющих трансформаторов, обеспечивающих разделение сети на отдельные участки и снижающих емкостные сопротивления.

Рисунок 13 - Схемы защитного заземления и зануления

Принцип действия заземления

Заземлением называется преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия защитного заземления заключается в снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением (в случае аварийной ситуации) и землей, до безопасной величины.

Комплексное сопротивление фазного провода относительно земли можно записать в следующем виде:

Z = 1/ ((1/R_ИЗ )+ j ω C) ,

Где R_ИЗ - активное сопротивление изоляции фазного провода,

j ω - индуктивное сопротивление фазного провода,

C - емкостное сопротивление фазного провода.

При замыкании фазы А на корпус машины (электродвигателя) сила тока, протекающего через тело человека запишется в следующем виде:

I_h = 3 U_Ф R_З / (R_h Z ) ,

Где U_Ф - фазное напряжение,

R_З - сопротивление заземлителя,

R_h - сопротивление тела человека.

Замыкание фазы на заземленный корпус можно рассматривать как замыкание на землю через сопротивление заземлителя, которое меньше сопротивления Z (R_З<3Z) и тогда ток замыкания запишется в следующем виде:

I_З = 3 U_Ф / Z

Напряжение на корпусе относительно земли можно записать в следующем виде:

U_З = I_З R_З = 3 U_Ф R_З / Z

Из данного выражения следует, что напряжение U_З на корпусе машины значительно меньше фазного напряжения U_Ф при условии (R_З<3Z).

Таким образом, принцип действия защитного заземления основан на снижении напряжения относительно земли U_З до допустимого уровня напряжения прикосновения.

Заземление используется в 3-х фазных 3-х проводных сетях с изолированной нейтралью.

В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ), сопротивление заземляющих устройств должно составлять:

• для электроустановок в сетях до 1000 В не более 4 Ом,

для электроустановок в сетях свыше 1000 В не более 250 / I_З , (где I_З - расчетный ток замыкания на землю),

• при мощности генераторов (трансформаторов) до 100 кВА не более 10 Ом,

при мощности генераторов (трансформаторов) свыше 100 кВА , исходя из условия U_З = 3 U_Ф R_З / Z , при R_З<3Z.

Принцип действия зануления

Занулением называется преднамеренное соединение корпусов электрических установок с многократно заземленной нейтралью (нулевым защитным проводником) трансформатора или генератора.

Зануление используется в 3-х фазных 4-х проводных сетях с заземленной нейтралью.

Превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание за счет срабатывания токовой защиты, которая отключает систему питания и тем самым отключается поврежденное устройство.

При замыкании фазы А на корпус машины (трансформатора) ток короткого замыкания, проходящий через обмотку трансформатора, фазного и нулевого провода, можно записать в следующем виде:

I_К = U_Ф / ((Z_Т / 3) +Z_Ф +Z_N),

Где Z_Т - комплексное сопротивление трансформатора,

Z_Ф - комплексное сопротивление фазного провода,

Z_N - комплексное сопротивление нулевого провода.

Напряжение корпуса машины (трансформатора) относительно земли при наличии повторного заземления записывается в следующем виде:

U_З = I_З R_П ,

Где I_З - сила тока замыкания,

R_П - сопротивление повторного заземления нулевого провода.

С одной стороны, падение напряжения в нулевом проводе при последовательном соединении R_П и R₀ записывается в следующем виде:

U_К = I_З (R_П + R₀) ,

Где R₀ - сопротивление начального заземлителя.

С другой стороны, падение напряжения в нулевом проводе записывается в следующем виде:

U_К = I_К Z_N ,

Или следующим образом:

U_К = U_Ф /(1+ ((Z_Т / 3) +Z_Ф)/ Z_N) ,

Решая совместно эти уравнения можно получить выражение для определения напряжения корпуса машины (трансформатора):

U_З = (U_Ф /(1+ ((Z_Т / 3) +Z_Ф)/ Z_N))( R_П/(R_П + R₀)) ,

Сравнивая напряжение корпуса без заземления нулевого провода с напряжением с заземлением нулевого провода, получаем снижение напряжения на величину R_П/(R_П + R₀). Это показывает, что принцип действия защитного зануления основан на снижении напряжения относительно земли до допустимого уровня напряжения прикосновения.

Принцип действия защитного отключения

Это преднамеренное автоматическое отключение электрических установки от питающей сети в случае опасности поражения электрическим током.

Условия, при которых выполняется заземление или зануление в соответствии с требованиями ПУЭ.

1. В малоопасных помещениях 380 В и выше переменного тока

440 В и выше постоянного тока.

2. В особо опасных помещениях, помещениях с повышенной опасностью и вне помещений 42 В и выше переменного тока

110 В и выше постоянного тока.

3. При всех напряжениях во взрывоопасных помещения.

Заземляющие устройства бывают естественными (используются конструкции зданий) в этом случае нельзя использовать те элементы, которые при попадании искры приводят к аварии (взрывоопасные).

Искусственные — контурное и выносное защитное заземляющее устройство.