ОТЛИЧИЯ новых глав раздела1 (1.1. «Общая часть», 1.2. «Электроснабжение и электрические сети»,1.7. . «Заземление и защитные меры безопасности»)ПРАВИЛ УСТРОЙСТВА электроустановок (М.: Изд-во НЦ ЭНАС,7-е изд., 2002) от действующЙх

Балаков ю.Н.,к.Т.Н., зав. Кафедрой энергобезопасности миээ

В данной статье проведено сравнение действующих глав 1.1. «Общая часть», 1.2. «Электроснабжение и электрические сети», 1.7. «Заземление и защитные меры безопасности» Правил устройства электроустановок (6-е изд., 1985 г.) и вновь вводимых с о1 января 2003 г., призванное упростить изучение новых Правил. Анализ отличий проведен на основе текста новых Правил. Изменения и дополнения выделены жирным шрифтом, а исключенные слова (фразы) - зачеркнутым.

Основополагающим документом РФ, определяющим требования обеспечения электробезопасности в электроустановках, являются Правила устройства электроустановок (ПУЭ).

В период 1994-96 г.г. в России на основании международных электротехнических стандартов (Публикация Международной Электротехнической Комиссии 364) изданы Государственные стандарты серии Р 50571 (Р 30030 – для применения в рамках СНГ) «Электроустановки зданий. Основные положения. Требования по обеспечению безопасности», требования которых существенно отличаются от требований главы 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности»ПУЭ.

Переиздание Правил Главгосэнергонадзором в 1998 г. (шестое издание переработанное и дополненное с изменениями) с учетом Решений Минэнерго СССР и Главгосэнергонадзора РФ, принятых после 1986 г., не устранило этих противоречий.

Поскольку ввод главы 1.7 ПУЭ седьмого издания, проект которой учитывает основные требования ГОСТ Р 50571.3-94 и ГОСТ Р 50571.10-96, произойдет с 01.01.2003 г. ниже рассмотрены основные различия требований действующей главы 1.7 ПУЭ и ГОСТ Р 50571 к выполнению мер электробезопасносности в электроустановках зданий напряжением до 1 кВ.

Основное требование электробезопасности заключается в том, что проводящие части (как правило, это – токоведущие части) не должны быть доступны для прикосновения, а никакие доступные одновременному прикосновению открытые и сторонние проводящие части не должны быть опасны для человека (или животного) с точки зрения поражения электрическим током.

Соблюдение второй части этого требования возможно только в том случае, когда меры защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении соответствуют первичным критериям физиологического воздействия на организм человека, т. е., если значения напряжения прикосновения и времени его воздействия не превышают допустимых значений.

Глава 1.7 действующей редакции ПУЭ предусматривает возможность выполнения заземляющих устройств с соблюдением требований либо к их сопротивлению либо к напряжению прикосновения в явном виде только для электроустановок выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью (1.7.49). Для остальных электроустановок глава нормирует величины сопротивления заземляющих устройств. Соображения о соблюдении значений напряжения прикосновения содержатся в неявном виде (1.7.35 и 1.7.47).

ГОСТ Р 50571.3-94, определяющий требования к мерам защиты от поражения электрическим током, и ГОСТ Р 50571.10-96, определяющий требования к заземляющим устройствам, не содержат норм сопротивления заземляющего устройства. Требования к выполнению мер защиты представлены таким образом, чтобы значения напряжений прикосновения и времени их воздействия не превысили допустимых значений. Требования к сопротивлению защитного заземления в необходимых случаях приведены не в виде конкретной величины в Омах, а в виде функции максимально допустимого напряжения прикосновения.

Таким образом, в основе требований к обеспечению электробезопасности в электроустановках до 1 кВ по главе 1.7 ПУЭ находится нормированное значение сопротивления заземляющего устройства, а по ГОСТ Р 50571 – нормированные значения напряжения прикосновения и времени его воздействия.

Это главное различие и определяет различия в требованиях к выполнению конкретных мер электробезопасности.

Граничные значения напряжений.

Наименьшие величины напряжений, при которых или выше которых необходимо выполнять меры защиты от косвенного прикосновения в электроустановках, имеют следующие значения (табл.1)

Таблица 1.

Наличие повышенной опас-ности в электроустановке	1.7.33 ПУЭ	ГОСТ Р 50571
Без повышенной опасности	380 В переменного тока 440 В постоянного тока	>50 В переменного тока >120 В постоянного тока
С повышенной опасностью	>42 В переменного тока >110 В постоянного тока	>25 В переменного тока >60 В постоянного тока

2.3.Зануление

В соответствии с 1.7.39 ПУЭ в электроустановках с заземленной нейтралью до 1 кВ (система TN) должно быть выполнено зануление (преднамеренное присоединение открытых проводящих частей электроустановки к глухозаземленной нейтрали источника питания при помощи нулевого защитного проводника). При выполнениии этой защитной меры для автоматического отключения поврежденной цепи в соответствии с 1.7.79 ПУЭ, проводимость фазных и нулевых защитных проводниковдолжна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем:

• в 3 раза ток плавкого элемента ближайшего предохранителя;

• в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно-зависимую от тока характеристику.

При этом проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника.

Значения напряжения на доступных прикосновению открытых проводящих частях при указанной проводимости нулевого защитного проводника может достигать 147 В. Время отключения поврежденной цепи главой не нормируется. Следовательно, указанное напряжение будет находиться на открытых проводящих частях, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции токоведущих частей, в течение времени срабатывания защитного аппарата. При этом оно для некоторых автоматических выключателей с нерегулируемой обратно-зависимой характеристикой (например, для наиболее распространенных в нстоящее время в электроустановках жилых и общественных зданий серий ВА и АЕ) нормируется в пределах 5-20 С при токе, равном 6-7 номинального тока.

В случае защиты цепей при помощи плавких предохранителей время неотключения поврежденной цепи может достигшать 30-50 мин., т.к. в соответствии с ГОСТ на предохранители для некоторых типов предохранителей ток неотключения нормируется до 1,5-1,7 номинального тока плавкой вставки при времени неотключения 30-50 мин.

С учетом того, что глава 3.1 ПУЭ «Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ», п.3.1.9 допускает не выполнять расчетную проверку кратности тока КЗ по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах главы 1.3 ПУЭ, аппараты защиты имеют кратность не более:

• 300 % номинального тока плавкой вставки предохранителя;

• 450 % для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку);

• 100 % для номинального тока расцепителя автоматического выключателяс нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

видно, что некоторые предохранители, выбранные по 3-х кратному току, не могут отключить его за время до и более 1 часа, а автоматические выключатели указанных выше серий неспособны отключить 3-х кратный ток за время 5-20 С, гарантируемое изготовителями для 6-7 кратного тока, т.е. в ПУЭ заложена возможность длительного неотключения однофазных коротких замыканий в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью. Эта же ситуация сохраняется в электроустановках с изолированной нейтралью при двойном замыкании на землю разных фаз.

ГОСТ Р 50571.3-94 представляет меру защиты, именуемую главой 1.7 зануление, в качестве комплексной меры защиты автоматическое отключение питания, которая в качестве обязательных составляющих включает в себя:

• присоединение открытых проводящих к защитному проводнику (зануление в системе ТN и защитное заземление в системе IT и TT);

• согласование защитных характеристик защитно-коммутационного аппарата и параметров защитного проводника;

• выполнение системы выравнивания потенциалов.

При этом указано, что время отключения питания защитным аппаратом должно обеспечивать электробезопасность человека при косвенном прикосновении в случае замыкания токоведущих частей на защитный проводник или на другие связанные электрически с ним части даже, если значение напряжения прикосновения превысит 50 В переменного тока или 120 В постоянного тока.

Это условие считается выполненным, если соотношение значений номинального действующего фазного напряжения и времени отключения соответствуют приведенным в табл.41 ГОСТ Р 50571.3-94:

U0, В	Время отключения, С
120	0,8
230	0,4
277	0,4
400	0,2
>400	0,1

При выполнении дополнительных условий для распределительных цепей, пита-ющих только стационарные электроприемники, допускается время отключения до 5 С.

Кратность тока КЗ не нормируется, его величина должна быть такой, чтобы при отключении обеспечивались приведенные выше условия.

Эти требования относятся к системе ТN в случае однофазного замыкания и к системе IT в случае двойного замыкания на защитный проводник или связанные с ним открытые или сторонние проводящие части.

Взамен требований 1.7.79 ПУЭ к 50 % проводимости нулевого защитного проводника ГОСТ Р 50571.10-96 требует, чтобы сечения защитных проводников соответствовали табл.54F:

Сечение фазных проводников	Наименьшее сечение защитных проводников
S16	S
16<S35	16
S>35	S/2

Уравнивание потенциалов.

Требования ПУЭ к уравниванию потенциалов сформулированы в п.1.7.47, который требует выполнения уравнивания потенциалов в тех помещениях и наружных установках, в которых применяются заземление или зануление. При этом указано, что естественные контакты в сочленениях являются достаточными.

ГОСТ Р 50571.3-94 и ГОСТ Р 50571.10-96 требуют преднамеренного выполнения уравнивания потенциалов.

В каждом здании или наружной электроустановке должна быть выполнена основная система уравнивания потенциалов, соединяющая между собой следующие проводящие части:

• защитный проводник (PE-проводник или PEN-проводник) питающей линии;

• заземляющий проводник, присоединенный к естественному или искусственному заземлителю (если заземлитель имеется);

• металлические трубы коммуникаций, входящих в здание (трубы горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п.);

• металлические части каркаса здания;

• металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования;

• система молниезащиты;

• заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и если отсутствуют ограничение на присоединение цепей функционального заземления к заземляющему устройству защитного заземления.

Соединение указанных проводящих частей между собой следует выполнять при помощи главной заземляющей шины (зажима), которая является частью заземляющего устройства. Присоединение проводящих частей к главной заземляющей шине должно быть выполнено при помощи главных проводников системы уравнивания потенциалов.

Если условия, предъявляемые ГОСТ Р 50571.3-94 к автоматическому отключению питания в части соотношения фазного напряжения и времени отключения поврежденной цепи защитным аппаратом, не выполняются как в установке в целом, так и в ее части, должна быть выполнена дополнительная система уравнивания потенциалов, к которой должны быть присоединены все доступные прикосновению открытые проводящие части стационарных электроустановок, сторонние проводящие части и нулевые защитные проводники всего электрооборудования ( в том числе штепсельных розеток), находящегося в зоне дополнительной системы уравнивания потенциалов.

К сечениям проводников уравнивания потенциалов предъявляются следующие требования:

• сечение главного проводника системы уравнивания потенциалов должно быть не менее половины наибольшего сечения защитного проводника установки, но не менее 6 мм². Однако ГОСТ не требует применения таких проводников сечением более 25 мм² или равноценного ему из другого материала;

• сечение проводника дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющего две открытые проводящие части, должно быть не менее сечения наименьшего из защитных проводников, подключенных к этим частям;

• сечение проводника дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющего открытую проводящую часть электрооборудования со сторонней проводящей частью, должно быть не менее половины сечения защитного проводника этого электрооборудования (электроприемника).

Использование естественных заземлителей и защитных проводников.

Глава 1.7 ПУЭ (1.7.35) требует для заземления электроустановок в первую очередь использовать естественные заземлители. Перечень сторонних проводящих частей, рекомендуемых для использования в качестве естественных заземлителей, приведен в 1.7.79, а в качестве защитных проводников – в 1.7.73. ГОСТ Р 50571.10-96 допускает использование естественных заземлителей и защитных проводников при соблюдении требований к проводимости и непрерывности электрической цепи, однако предъявляет при этом дополнительные требования, которые заключаются в следующем:

• металлические трубы водопровода, а также свинцовые и другие, не подверженные разрушению коррозией, оболочки кабелей могут использоваться в качестве естественных заземлителей и защитных проводников при условии получения согласия водоснабжающей организации и владельца кабелей, и при условии, что приняты надлежащие меры по извещению эксплуатационного персонала электроустановки обо всех изменениях, касающихся кабелей и водопроводной системы, которые могут повлиять на безопасность электроустановки;

• возможность использования в качестве заземлителей предварительно напряженной арматуры железобетонных конструкций должна быть обоснована расчетными данными;

• эффективность заземлителя зависит от конкретных грунтовых условий, и поэтому количество и конструкция заземлителей должны быть выбраны в зависимости от этих условий (удельного сопротивления грунта) и требуемого значения сопротивления растеканию. Значение сопротивления растеканию заземлителя должно быть рассчитано или измерено;

• сторонние проводящие части могут быть использованы в качестве защитных проводников, если они одновременно с требованиями к соблюдению проводимости и непрерывности электрической цепи отвечают также следующим требованиям:

• их демонтаж невозможен, если не предусмотрены меры по сохранению непрерывности цепи и ее проводимости;

• они сконструированы или, при необходимости, приспособлены для этой цели.

ГОСТ содержит примечание о том, что запрещение использования трубопроводов горючих жидкостей или газов, систем центрального отопления и т. п. в качестве заземлителей для защитного заземления не исключает необходимости их включения в систему уравнивания потенциалов.

Имеется также рекомендация о выполнении заземляющих устройств таким образом, чтобы их надежность не зависела от других (неэлектрических) систем.

Заземляющие устройства электроустановок

Заземляющие устройства энергообъектов и электроустановок потребителей должны обеспечивать надежную работу электрооборудования, устройств автоматики и релейной защиты и электробезопасность персонала.

На основании проведенных обследований состояния заземляющих устройств электрических станций и подстанций класса напряжения от 35 кВ до 750 кВ (более 100 энергообъектов), а также электроустановок потребителей на объектах производственного и общественного назначения (несколько сотен объектов) можно сделать заключение, что на большинстве из обследованных объектов заземляющие устройства не соответствуют требованиям по электробезопасности и надежной работы электрооборудования. При проектировании, монтаже и эксплуатации заземляющих устройств, в большинстве случаев, не учитываются требования электромагнитной совместимости. К сожалению, очень часто такая ситуация обусловлена недостатками нормативных документов, в том числе и ПУЭ.

Пункт 1.7.49 ПУЭ предписывает выполнять заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью с соблюдением требований либо к их сопротивлению, либо к напряжению прикосновения, а также с соблюдением требований к конструктивному исполнению и к ограничению напряжения на заземляющем устройстве.

Пункт 1.7.50 ПУЭ требует ограничивать напряжение на заземляющем устройстве при стекании с него тока замыкания на землю величиной 10 кВ. Напряжение выше 10 кВ допускается на заземляющих устройствах, с которых исключен вынос потенциалов за пределы зданий и внешних ограждений электроустановок. При напряжении на заземляющем устройстве более 5 кВ и до 10 кВ должны быть предусмотрены меры по защите изоляции отходящих кабелей связи и телемеханики и по предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы электроустановки.

Пункт 1.7.51 ПУЭ требует, чтобы заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, имело в любое время года сопротивление не более 0,5 Ома, включая сопротивление естественных заземлителей.

На основании вышеуказанных основополагающих требований ПУЭ, норм технологического проектирования и типовых проектов осуществляется конкретное проектирование заземляющих устройств электроустановок.

Как показывает практика, к заземляющим устройствам электроустановок со стороны различных подразделений эксплуатации предъявляются более широкие требования, чем перечислено выше.

Часть из этих требований в настоящее время выполнена. Например, нижний уровень сопротивления заземляющего устройства не всегда равен 0,5 Ома и зависит от величины тока короткого замыкания на землю для обеспечения напряжения на заземляющем устройстве не более 10 кВ. Но часть требований до настоящего времени не нашла своего отражения в нормативных материалах.

Допустимость в соответствии с ПУЭ проектирования заземляющего устройства либо по сопротивлению, либо по напряжению прикосновения приводит к тому, что при проектирования заземляющего устройства по его сопротивлению не выполняются требования к напряжению прикосновения. Для обеспечения требуемого напряжения прикосновения предлагается повышать сопротивление земли в месте нахождения персонала либо гранитной подсыпкой, либо асфальтированием. Однако, указанное решение практически никогда не выполняется на практике.

Норматив на выполнение заземляющего устройства по условию обеспечения допустимого шагового напряжение в ПУЭ отсутствует.

Для исключения вышеуказанных недостатков в ПУЭ следует включить требование обязательного выполнения заземляющего устройства по обеспечению напряжения прикосновения, шагового напряжения и напряжения на заземляющем устройстве.

Отсутствует в ПУЭ и требование обеспечения вышеуказанных норм при росте токов короткого замыкания. Заземляющее устройство выполняется соответствующим токам короткого замыкания, имеющимся только на момент выполнения проекта. При росте токов короткого замыкания, вызванным включением новых станций, подстанций и воздушных линий, заземляющее устройство будет не соответствовать требованиям ПУЭ. Поэтому целесообразно предусмотреть в ПУЭ требование выполнения заземляющих устройств не на реальный в данное время ток короткого замыкания, а на ток короткого замыкания, например, равный разрывной мощности выключателей.

При размещении энергообъекта в густонаселенной местности, когда занимаемая энергообъектом площадь ограничена, выполнить условие по сопротивлению заземляющего устройства (с учетом сезонного коэффициента) и ограничению напряжения на нем бывает практически невозможно. В тоже время, от энергообъкта за пределы его территории выходят трубопроводы и кабели различного назначения. Вынос высокого потенциала неизбежен. Необходимо отразить в новой редакции ПУЭ эти вопросы более расширенно.

Заземляющее устройство на энергообъекте является той основой, к которой подключаются различные вторичные устройства, например, устройства РЗиА, телемеханики, АСУ измерительные приборы и т.п. Вторичные устройства предъявляют к контуру заземления свои особые требования, которые не нашли отражения в ПУЭ.

Например, ПУЭ требует заземлять вторичные цепи тока и напряжения в месте установки первичного оборудования на ближайшем клеммнике. Цепи вторичной коммутации испытываются переменным напряжением 1000 В и при большем напряжении могут повреждаться. При коротком замыкании в первичной сети вблизи места установки заземления вторичных цепей потенциал точки короткого замыкания по заземленным цепям вторичной коммутации попадает на ОПУ. Если при этом разность потенциалов на заземляющем устройстве между точкой короткого замыкания и ОПУ будет более 1000 В, то это может привести к повреждению цепей вторичной коммутации и подключенных к этим цепям вторичных устройств. Аналогичный с коротким замыканием процесс будет происходить и при ударе молнии в молниеприемник, связанный с заземляющим устройством.

Требования ПУЭ распространяются на заземляющее устройство электроустановок. Однако при этом заземляющее устройство в соответствии с требованиями ПУЭ выполняется только в распределительном устройстве энергообъекта. Если на энергообъекте имеются распределительные устройства различных классов напряжений, то они, как правило, территориально разделены и каждое из них имеет свое заземляющее устройство. В ПУЭ отсутствует требование объединения между собой и с ОПУ заземляющих устройств распределительных устройств различных классов напряжений. Это приводит к тому, что связи между разными заземляющими устройствами весьма слабые и разности потенциалов между ними, возникающие при коротком замыкании на одном из них весьма велики, что в свою очередь приводит к повреждению кабелей вторичной коммутации.

В ПУЭ следует включить требование проектирования заземляющего устройства по условию разности потенциалов при коротком замыкании между различными точками заземляющего устройства.

Заземляющее устройство является основным элементом, позволяющим обеспечить выполнение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) устройств вторичной коммутации (РЗиА, телемеханики, АСУ, измерений и т.п.) на энергообъекте. В ПУЭ отсутствуют требования к заземляющему устройству как к устройству, обеспечивающему ЭМС устройств вторичной коммутации. Это приводит, особенно при коротких замыканиях на территории заземляющего устройства, к повреждению вторичных устройств даже при заземляющем устройстве, выполненным в соответствии с требованиями ПУЭ. Для исключения таких повреждений в ПУЭ следует включить требование выполнения заземляющего устройства с учетом требований ЭМС.

В соответствии с ПУЭ заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сети с изолированной нейтралью должны обеспечить напряжение на заземляющем устройстве не более 125 В или 250 В при наличии замыкания на землю. Однако в сетях с изолированной нейтралью одним из возможных видов коротких замыканий является двойное короткое замыкание на землю, сопровождающееся токами примерно равными токам двухфазного короткого замыкания, и проходящими по заземляющему устройству. При этом напряжение на заземляющем устройстве будет многократно превосходить напряжение, нормируемое ПУЭ. Кроме этого, сечение проводников заземляющего устройства не рассчитано на прохождение такого тока длительностью до нескольких секунд. В ПУЭ следует включить требование выполнения заземляющего устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сети с изолированной нейтралью по двухфазному короткому замыканию на землю.

Для электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью действующее ПУЭ в п.1.7.73 предписывает в качестве нулевых защитных проводников использовать в первую очередь нулевые рабочие проводники. В настоящее время в жилых и общественных зданиях существенным образом изменился характер потребления электроэнергии. Большая часть нагрузки (компьютеры, телевизоры и другая электронная техника) нелинейная. Это приводит к появлению больших токов в нулевых рабочих проводниках даже симметричной трехфазной сети. Это привело к возрастанию потенциала на зануленных элементах, росту блуждающих токов на порядки и, как следствие, к снижению электробезопасности и катастрофическому ускорению электрохимической коррозии трубопроводов, брони и оболочки кабелей. Новая редакция ПУЭ не снимает эту проблему. Разрешение разводить нулевой защитный проводник РЕ с группового щитка практически не меняет ситуацию.

В настоящее время при установке электронных АТС, локальных компьютерных сетей и другой электронной аппаратуры для снижения помех на технологической земле сооружаются отдельные заземлители, к которым подключаются РЕ проводники. Отдельный заземлитель выполняется также для молниезащитных устройств. При наличии сети с глухозаземленной нейтралью это приводит к нарушению требований электробезопасности, так как основное назначение заземляющего устройства - выравнивание потенциалов при нормальных и аварийных режимах - при таком исполнении не соблюдается.

При проектировании и контроле состояния системы электроснабжения 0,4 кВ обращается внимание на соответствие уставок защитных аппаратов величине тока перегрузки и сверхтока. Игнорируется тот факт, что при коротком замыкании на землю одной из фаз на другой фазе напряжение возрастает на величину падения напряжения на нулевом проводнике. При повышенном сопротивлении нулевого проводника это может привести к повреждению электронной аппаратуры. Следует заметить, что еще в 40-е годы нормировалась величина смещения нуля в трехфазной сети при коротких замыканиях.

Таким образом, и старая, и новая редакции ПУЭ в части заземляющего устройства оставляют нерешенные вопросы, важные для практики проектирования и эксплуатации электроустановок.