Применение сверхнизкого (малого) напряжения для защиты от прямого и косвенного прикосновений

Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) – напряжение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

Малое напряжение в электроустановках до 1 кВ применяется для защиты от поражения электрическим током при прямом или косвенном прикосновениях в сочетании с защитным электрическим разделением цепей или в сочетании с автоматическим отключением питания.

Малые напряжения применяются для питания ручного электрифицированного инструмента и переносных ламп (светильников) в любых помещениях, а также вне помещений. Кроме того, они применяются в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных для питания светильников местного стационарного освещения, если они размещены над полом на высоте не менее 2,5 м.

В качестве источников питания цепей СНН применяется безопасный разделительный трансформатор или другой источник СНН, обеспечивающий равноценную степень опасности (батареи гальванических элементов, аккумуляторов, выпрямительные, преобразовательные установки, понижающие трансформаторы).

Безопасный разделительный трансформатор – разделительный трансформатор, предназначенный для питания цепей сверхнизким напряжением (первичная обмотка которого отделена от вторичной обмотки при помощи защитного электрического разделения цепей).

Цепи СНН, как правило, прокладываются отдельно от цепей более высоких напряжений и защитных проводников, либо отделяются от них заземленным металлическим экраном (оболочкой), либо заключаются в оболочку, дополнительно к основной изоляции.

Вилки и розетки штепсельных соединений в цепях СНН отличаются от вилок и розеток других напряжений. Штепсельные розетки должны быть без защитного контакта.

При значениях СНН выше 25 В переменного и 60 В постоянного тока дополнительно к применению разделения цепей должна также быть выполнена защита от прямого прикосновения при помощи ограждений или оболочек или изоляции с испытательным напряжением 500 В переменного тока в течение 1 мин.

При применении СНН в сочетании с электрическим разделением цепей – открытые проводящие части СНН не должны быть преднамеренно присоединяться к заземлителю, защитным проводникам или к открытым проводящим частям других цепей.

При применении СНН в сочетании с автоматическим отключением питания один из выводов источника малого напряжения и его корпус должны быть присоединены к защитному проводнику цепи, питающей источник.

Схемы применения СНН приведены на рис. 4.1

Рис.4.1. Применение СНН в сочетании с электрическим разделением цепей (а) и в сочетании с автоматическим отключением питания.

Тр - однофазный разделительный понижающий трансформатор

АВ - автоматический выключатель

УЗО - устройство защитного отключения.

3. Меры защиты при косвенном прикосновении

Важной мерой, обеспечивающей электробезопасность обслуживающего электроустановки персонала, является защитное заземление или зануление металлических нетоковедущих (конструктивных) частей электроустановок и электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением, но могущих оказаться под напряжением относительно земли в аварийных режимах (в случае повреждения изоляции).

Заземлениемназывается преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Заземление подразделяется на:

• рабочее заземление;

• защитное заземление.

Преднамеренное электрическое соединение с землёй или с заземляющим устройством нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам называется защитным заземлением.

Защитное заземление следует отличить от рабочего заземления и от заземления молниезащиты.

Рабочее заземление– преднамеренное соединение с землёй отдельных точек электрической цепи (нейтральных точек источников электрического тока – генераторов, трансформаторов, реакторов и т.п.), а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения режима работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях, и осуществляется соединением проводником заземляемых частей с заземляющим устройство непосредственно или через специальные аппараты – резисторы, разрядники и т.п.

Заземление молниезащиты– преднамеренное соединение с землёй молниеприёмников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

ПУЭ дают следующие основные определения в отношении заземлений:

Рабочим заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (для обеспечения надлежащей работы установки в нормальных и аварийных режимах).

Рабочее заземление может осуществляться непосредственно или через специальные аппараты (сопротивления, разрядники, реакторы и др.)

Защитным занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Нулевой защитный проводник – защитный проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N) – проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока.

Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляющую точку с заземлителем.

Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Напряжение на заземляющем устройстве – напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.

Сопротивление заземляющего устройства – отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают 2 типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдалённость заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей площади защищаемой территории коэффициент прикосновения Заземляющие устройства этого типа применяются обычно в сетях с малыми токами замыкания на землю напряжением до 1000 В. Достоинство – возможность выбора места размещения заземляющих электродов (где наименьшее сопротивление грунта).

Контурное заземляющее устройствохарактеризуется тем, что электроды заземлителя размещаются по контуру (периметру), а также внутри площадки, где размещено заземляемое оборудование. Обычно заземляющие электроды размещают на площадке равномерно, поэтому ещё такое заземляющее устройство называют распространённым.

Различают заземлители искусственные и естественные.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные стальные электроды.

В качестве вертикальных электродовиспользуют стальные трубы (диаметром 50-60 мм) или угловую сталь (обычно от 40х40 до 60х60 мм) отрезками 2,5-3,0 м. Применяется также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м.

Для связи вертикальных электродов и в качестве горизонтальных электродов применяют полосовую сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

В качестве горизонтальных заземлителеймогут использоваться проложенные в земле водопроводные и др. металлические трубы (за исключением трубопроводов с горючими жидкостями и газами), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин и т.п.; металлические и ж/б конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землёй; оболочки электрических кабелей, проложенных в земле.

В качестве естественных заземлителей распределительных устройств (РУ) рекомендуется использовать заземлители опор ВЛ, соединенные грозозащитными тросами линий с заземляющим устройством РУ.

Недостатками естественных заземлителей являются доступность некоторых из них не электротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяжённых заземлителей.

При устройстве заземлителей в плохо проводящих грунтах (когда невозможно достичь требуемого сопротивления растеканию) прибегают к специальным мерам, в частности, применяют глубинные заземлители, производят укладку вокруг электродов грунта с повышенной проводимостью, осуществляют специальную обработку почвы, а также осуществляют вынос заземляющего устройства в месте с хорошо проводящим грунтом.

В качестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяют, как правило, полосовую сталь и сталь круглого сечения. Во всех случаях сечение заземляющих проводников в электроустановках выше 1000 В с эффективно заземлённой нейтралью определяется их термической стойкостью при прохождении по ним токов однофазного замыкания на землю. В сетях до и выше 1000 В с изолированной нейтралью заземляющие проводники должны иметь проводимость не менее ¹/₃ проводимости фазных проводов.

Прокладка заземляющих проводников производится открыто по конструкциям зданий. Магистрали заземления и ответвления от них должны быть доступны для омсотра.

В наружных электроустановках заземляющие проводники допускается прокладывать в земле.

Присоединение заземляемого оборудования к магистрали заземления осуществляется с помощью отдельных проводников. Последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции и других причин могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей.

Рис.4.2. Схема присоединения заземляемых объектов к заземляющей магистрали.

1 – заземляющая магистраль;

2 – заземляемое оборудование;

3 – проводник – ответвление от заземляющей магистрали

Заземляющие и нулевые защитные проводники, а также заземлители, являющиеся принадлежностью 2-х электрических сетей, питающихся от отдельных трансформаторов (один с изолированной нейтралью, другой – с глухозаземлённой), могут быть общими при любых напряжениях установок. При этом системы заземления и зануления работают независимо друг от друга, хотя аварийные токи их протекают по одним и тем же защитным проводникам и общему заземлителю.

Во избежание выноса потенциала не допускается питание электроприёмников, находящихся за пределами контура заземления электроустановок напряжением выше 1000 В сети с эффективно заземлённой нейтралью, от обмоток до 1000 В с заземлённой нейтралью трансформаторов, находящихся в пределах контура заземляющего устройства.

Заземление служит для превращения замыкания на корпус в замыкание на землю с целью снижения напряжения на корпусе относительно земли до безопасной величины.

Поэтому основным назначением защитного заземления является:

• устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу или другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки оказавшимся под напряжением за счёт снижения до безопасных значений напряжения прикосновения обусловленного замыканием на корпус.

Защитное заземление применяют в 3^хх фазных сетях до 1 кВ с изолированной нейтралью и в сетях выше 1 кВ с любым режимом нейтрали. Принципиальная схема защитного заземления представлена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Принципиальные схемы защитного заземления

(а) в сети с изолированной нейтралью и

(б) в сети с заземленной нейтралью.

1 – корпуса защитного оборудования;

2 – заземлитель защитного заземления;

3 – заземлитель рабочего заземления нейтрали источника тока;

R_з и R_o – сопротивления защитного и рабочего заземлений.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землёй до безопасной величины.

Поясним это на примере сети до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Если корпус электрооборудования не заземлен и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение к такому корпусу человека равносильно прикосновению к фазному проводу. В этом случае ток, проходящий через человека, можно определить по формуле:

При малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли этот ток может достигать опасных значений.

Если же корпус заземлён, то ток, проходящий через человека при R_об= R_n=0, можно определить из следующего выражения:

(4.1)

Это выражение получено следующим путем:

с заземленного корпуса (рис. 4.4) ток стекает в землю через заземлитель (I_з) и через человека (I_h). Общий ток определяется выражением:

где:

Rобщ

общее сопротивление параллельно соединенных Rз и Rh:

Рис. 4.4. К вопросу о принципе действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью.

Из схемы на рис. 4.4 можно определить:

I_hR_h=I_з R_з = I_общR_общ.,откуда ток через тело человека будет:

выполнив простейшие преобразования получим выражение (4.1).

При малом R_зпо сравнению сR_hиR_изэто выражение упрощается:

(4.2)

где:

Rз

сопротивление заземления корпуса, Ом

При R_з= 4 Ом, R_h=1000 Ом, R_из=4500 Ом, ток через тело человека будет:

Такой ток безопасен для человека.

Напряжение прикосновения в этом случае будет также незначительно:

U_пр=I_hR_h=0,0011000=1,0 В

Чем меньше R_з– тем лучше используются зашитные свойства защитного заземления.