3.5.3. Устройства для защиты от поражения электрическим током

Воздействие электрического тока на человека проис­ходит довольно часто и носит спонтанно-травмирующий характер. Для защиты человека от воздействия электри­ческого тока широко используют различные техниче­ские приемы и устройства. Рассмотрим основные из них.

В нормальном режиме работы электрической цепи применяют по отдельности или в сочетании следую­щие меры защиты от прямого прикосновения.

• основную изоляцию токоведущих частей;

• защиту расстоянием (ограждения и оболочки; установку барьеров; размещение оборудования вне зоны досягаемости);

• сверхнизкое (малое) напряжение.

Основная изоляция токопроводящих частей на­дежно их прикрывает и выдерживает все возможные воздействия в процессе эксплуатации. Удаление изо­ляции возможно только в результате ее разрушения.

В случаях когда необходима защита от прямого при­косновения к токоведущим частям или приближения к ним на опасное расстояние, применяют оболочки, ог­раждения, барьеры или размещение вне зоны досягае­мости, например расположением токоведущих частей на недоступной высоте. Ограждения, барьеры и оболоч­ки должны обладать достаточной механической проч­ностью и надежно закрепляться. Вход за ограждения или вскрытие оболочки может быть осуществлено при помощи ключа или инструмента либо после снятия на­пряжения с токоведущих частей. Инструменты выпол­няются из изолирующего материала.

Для размещения оборудования вне зоны досягае­мости применяют изолирующие помещения, зоны, площадки (далее "помещения") — такие помещения, в которых защита при прикосновении обеспечивается высоким сопротивлением пола и стен и в которых от­сутствуют заземленные проводящие части.

Для уменьшения опасности поражения током при прямом и/или косвенном прикосновениях применя­ют сверхнизкое (малое) напряжение (СНН), не превы­шающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

Сверхнизкое напряжение используют для питания электрифицированного инструмента, переносных све­тильников и местного освещения на станках, в помеще­ниях с повышенной опасностью, особо опасных и вне по­мещений. В случае особенно неблагоприятных условий работы в особо опасных помещениях (например, при вы­полнении работ в металлическом резервуаре) для питания переносных светильников применяют напряжение 12 В.

Для защиты от поражения током в случае повреж­дения изоляции, применяют по отдельности или в сочетании следующие меры защиты:

• автоматическое отключение питания;

• уравнивание и выравнивание потенциалов;

• двойную и усиленную изоляцию;

• защитное электрическое разделение цепей;

• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки;

• защитное заземление и зануление;

• устройства защитного отключения.

Автоматическое отключение питания осуществляется

Рис. 3.18. Схема защитного заземления в однофазной двухпро- водниковой сети

посредством автоматического размыкания цепи. В элек­троустановках, где применено автоматическое отключе­ние питания, выполняют уравнивание потенциалов.

Уравнивание потенциалов — это электрическое со­единение электропроводящих частей для достижения равенства их 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.

Двойная изоляция — это изоляция в электроустанов­ках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и до­полнительной изоляции. Дополнительная изоляция не­зависима от основной и служит в случае ее повреждения для защиты при косвенном прикосновении (рис. 3.17).

Усиленная изоляция — это такая изоляция, которая обеспечивает степень защиты от поражения током, равноценную двойной изоляции.

Защитное электрическое разделение цепей — это от­деление одной электрической цепи от других в электроустановках до 1 кВ с помощью изоляции.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и.к другим открытым прово­дящим частям электроустановок, оказавшимся под на­пряжением вследствие замыкания на корпус и по дру­гим причинам (рис. 3.18). При этом все электроустанов­ки 1 соединяются с землей с помощью заземляющих проводников 2, заземлителя 3, образующих в совокуп­ности заземляющее устройство. Сопротивление зазем­ляющих проводников должно быть малым.

Защитное заземление применяют в сетях напряже­нием до 1 кВ переменного тока: трехфазных с изоли­рованной нейтралью и однофазных, изолированных от земли, а также в сетях напряжением свыше 1 кВ как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Рис. 3.17. Двойная изоляция кабеля:

1 — токоведущая жила; 2 — изоляция токоведущей жилы (ос­новная изоляция); 3— изоляционная оболочка (дополнитель­ная изоляция)

С помощью защитного заземления уменьшается на­пряжение на корпусе относительно земли (напряжение прикосновения) до безопасного значения, следователь­но, уменьшается и ток, протекающий через тело чело­века. При замыкании фазы трехфазной сети на корпус электроустановкирасчетное напряжение прикосновения U_прмежду ним и землей будет максимальным и равным напряжению на заземляющем устройстве:

U_пр =I₃ r₃

где I₃ — ток, протекающий через заземлитель с со­противлением r₃.

Тогда ток, протекающий через тело человека, стоящего на земле и прикоснувшегося к заземленно­му корпусу, будет равен

где Uф — фазное напряжение; r_ИЗ — сопротивление изоляции; Rч — сопротивление человека.

Следовательно U_пр и /_ч напрямую зависят от со­противления заземления r₃, которое не должно пре­вышать в электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью 4 Ом. В отдель­ных случаях допускается сопротивление заземляюще­го устройства до 10 Ом.

Защитное зануление применяется в электроуста­новках напряжением до 1 кВ и представляет собой преднамеренное соединение открытых проводящих частей электроустановок (в том числе их корпусов) с глухозаземленной нейтралью генератора или транс­форматора в сетях трехфазного тока; с глухозаземлен- ным выводом источника однофазного тока; с зазем­ленной точкой источника в сетях постоянного тока. Это соединение выполняют посредством нулевого за­щитного проводника.

Зануление (рис. 3.19) превращает пробой на кор­пус в короткое замыкание (КЗ) между фазным и ну­левым защитным проводниками и способствует про­теканию тока /_к большой величины, обеспечивающе­го срабатывание аппарата защиты, автоматически отключающего поврежденную установку от питаю­щей сети. Такой защитой могут быть плавкие предо­хранители или автоматические выключатели. Ток ко­роткого замыкания должен быть такой величины, чтобы вызвать перегорание плавкой вставки предо­хранителя или срабатывание автоматического выклю­чателя за время, не превышающее допустимое.

Наибольшее допустимое время защитного автома­тического отключения равно 0,8; 0,4; 0,2; 0,1 с в за- висимости от номинального фазного напряжения се­ти 127, 220, 380 и более 380 В соответственно.

Рис. 3.19. Схема защитного зануления.

A3 — аппарат защиты то­ка от короткого замыкания

Нулевой защитный проводник соединен с землей посредством заземления нейтрали (г₀) и повторных заземлителей (г_п), которые выполняются на концах воздушных линий длиной более 200 м. Сопротивле­ние заземления нейтрали, общее сопротивление по­вторных заземлителей не должны превышать установ­ленных малых значений, например, в сети 380/220 В соответственно 4, 10 и 300 Ом.

Защитное отключение — это система быстродейст­вующей защиты, автоматически (за 0,2 с и менее) от­ключающая электроустановку при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током. Защитное отключение применяется в тех слу­чаях, когда невозможно или трудно осуществить за­щитное заземление или зануление, либо когда высока вероятность прикосновения людей к неизолирован­ным токоведущим частям электроустановок.

Устройство защитного отключения, реагирующее на напряжение корпуса относительно земли, показано на рис. 3.20. Эта схема защитного отключения устра­няет опасность поражения током при возникновении на заземленном или зануленном корпусе повышенного напряжения. Принцип действия — быстрое отключе­ние от сети установки, если напряжение на корпусе от­носительно земли окажется выше некоторого заданного значения (например, выше 40 В), при котором при­косновение к корпусу становится опасным.

Напряжение на заземленном корпусе U_K относи­тельно земли при замыкании на него одной из фаз статорной обмотки равно произведению тока /₃, сте­кающего в землю через основной заземлитель на его сопротивление r₃, (U_K = I₃r₃. Если U_K превысит уста­новленное предельное значение для данного реле на­пряжения (РН), катушка которого включена между корпусом двигателя, и дополнительным заземлителем г_доп, то реле сработает. В результате замкнутся нор­мально незамкнутые контакты реле, через них запи- тается от сети катушка электромагнитного выключа­теля (ЭМ), который и отключит электроустановку от сети. Применение этого типа защитного отключения распространяется на установки с индивидуальным за­землением. Находят применение и другие многочис­ленные устройства защитного отключения.

Рис 3.20. Устройство защитного отключения