Класифікація електроустаткування за умовами безпеки; мережа з ізольованим нейтралем, її аналіз, мережа із заземленим нейтралем, аналіз; освідотство електроустановок.
По условиям электробезопасности электроустановки разделяются на электроустановки напряжением до 1000 В включительно и электроустановки напряжением выше 1000 В.
Одним из основных факторов, влияющих на опасность поражения электрическим током является режим работы нейтрали. Нейтраль (нейтральная точка обмотки источника или потребителя энергии) есть точка, напряжения которой относительно внешних выводов обмотки одинаковы по абсолютному значению Нейтраль, заземленная путем непосредственного присоединения к заземлителю или через малое сопротивление, называется глухозаземленной нейтралью.
а) б)
в) г)
Рисунок 3 Схемы электрических сетей с различными режимами работы нейтрали:
Трехфазные системы в зависимости от режима нейтрали могут быть выполнены по четырем схемам рис. 3:
а) трехпроводная с изолированной нейтралью;
б) трехпроводная с заземленной нейтралью;
в) четырехпроводная с изолированной нейтралью;
г) четырехпроводная с заземленной нейтралью
На судах морского флота применяются сети с изолированной нейтралью. Рассмотрим сеть с изолированной нейтралью рис. 4.
Схемы включения тела человека в сеть с изолированной нейтралью:
а) при нормальном режиме работы сети;
б) при аварийном режиме работы
Рисунок 4 – Однофазное прикосновение человека при нормальном режиме работы сети
Хс - емкостное сопротивление относительно земли;
Rh - сопротивление тела человека;
Uпр – напряжение прикосновения.
Рисунок 5 – Однофазное прикосновение человека при аварийном режиме работы сети
При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью последовательно с сопротивлением человека оказывается включенным сопротивление изоляции и емкости относительно земли двух других фаз. В этом случае проходящий через тело человека ток по величине будет ограничиваться включенным последовательно с человеком эквивалентным сопротивлением изоляции фаз, состоящим из активной и емкостной составляющей.
В случае однофазного прикосновения при наличии одновременного замыкания на землю другой фазы, т.е. когда сопротивление изоляции этой фазы становится малым, человек оказывается под линейным напряжением аналогично случаю с двухфазным прикосновением.
Из сказанного следует, что в установках до 1000 В с изолированной нейтралью безопасность их обслуживания обеспечивается при сравнительно небольшой протяженности сети, от которой зависит значение емкости, и высоким уровнем сопротивления изоляции фаз относительно земли. Последнее условие может быть выполнимо путем непрерывного контроля изоляции, своевременного и быстрого отыскания и устранения мест повреждения квалифицированным персоналом.
На предприятиях (береговых сооружениях), где сети разветвленные и имеют большую протяженность, следовательно, и большую емкость, система с изолированной нейтралью теряет свое преимущество, так как снижается сопротивление участка "фаза-земля". С точки зрения электробезопасности в таких случаях предпочтение отдается сети с заземленной нейтралью рис. 6.
Схемы включения тела человека в сеть с глухозаземленной нейтралью:
Рисунок 6 – Схема включения тела человека в сеть с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы сети
Рисунок 7 – Схема включения тела человека в сеть с глухозаземленной нейтралью при аварийном режиме работы сети
В этих сетях при однофазном прикосновении (в том числе при прикосновении к незаземляемому корпусу оборудования, имеющего пробой фазы на корпус) ток проходит через тело человека, землю и заземленную нейтраль.
Человек оказывается включенный под фазное напряжение. При этом ток через человека не будет ограничиваться сопротивлением изоляции других фаз, которое при изолированной нейтрали включено последовательно с телом человека и ограничивает протекание черев него ток. Если же одна из фаз будет иметь замыкание на землю, а человек прикоснется к другой фазе сети с заземленной нейтралью, то к телу человека будет приложено напряжение больше фазного, но меньше линейного.
В сети с заземленной нейтралью опасность поражения может быть устранена вследствие быстрого отключения поврежденного участка соответствующей защитой.
Технічні засоби забезпечення електробезпеки: суть захисного заземлення, занулення, вирівнювання потенціалів, захисного відключення, електричної ізоляції; огороджування, блокування, знаки безпеки, надписи та плакати; засоби захисту.
Электробезопасность должна обеспечиваться:
конструкцией электроустановок;
техническими способами и средствами защиты;
организационными и техническими мероприятиями;
Для обеспечения электробезопасности должны применяться отдельно или в сочетании друг с другом следующие технические способы и средства:
защитное заземление;
зануление;
выравнивание потенциалов;
малое напряжение;
электрическое разделение сетей;
защитное отключение;
изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);
компенсация токов замыкания на землю;
оградительные устройства;
предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности;
средства защиты и предохранительные приспособления.
3.1 Защитное заземление
Заземление частей электроустановки и корпусов электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением - основной способ защиты в сетях с изолированной нейтралью до 1000 Вив сетях свыше 1000 В.
Защитное заземление- преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением рис. 1.
Рисунок 1 – Принцип действия защитного заземления
R1…3 - сопротивление фаз относительно земли;
R3 - сопротивление защитного заземления;
I3м - ток замыкания на землю
Смысл защитного заземления заключается в том, чтобы создать между корпусом защищаемого оборудования и землей электрическое соединение достаточно малого сопротивления для того, чтобы в случае замыкания на корпус прикосновение человека к этому корпусу не могло вызвать через его тело ток опасной величины.
Для сохранения действенности защитного заземления Правилами предусматривается периодический контроль за его состоянием, заключающийся во внешнем осмотре видимой части заземляющего устройства, измерении сопротивления заземляющего устройства, проверки надежности соединений в цепи заземления. Согласно ПУЭ, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом при междуфазном напряжении 380 В.
Широкое применение заземления объясняется, с одной стороны, достаточной надежностью, а с другой - относительной простотой устройства и обслуживания элементов этой защиты по сравнению с другими видами защит. Однако защитное заземление не защищает от поражения электрическим током при непосредственном прикосновении к токоведущим частям.
Зануление
Занулением называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут в процессе эксплуатации оказаться под напряжением, с заземленной нейтралью источника питания с помощью нулевого рабочего или защитного провода.
Такое электрическое соединение, будучи надежно выполненным, всякое замыкание токоведущих частей на указанные металлические части электроустановки превращает в короткое замыкание в цепи «фаза-корпус-нуль».
Большой ток короткого замыкания обеспечивает срабатывание ближайшей защиты (предохранители, автоматы) в фазном проводе и отключение поврежденной установки (или ее части) от питающей сети.
Для обеспечения автоматического отключения аварийного участка сопротивление цепи короткого замыкания должно быть достаточно малым, поэтому сопротивление петли "фаза-нуль» периодически проверяется в процессе эксплуатации.
Зануление также не защищает человека от действия электрического тока при прикосновении к токоведущим частям.
R0
QF1…3
Rh
Рисунок 2 – Принцип действия защитного зануления
R0 - сопротивление заземления нейтрали источником тока (согласно ПУЭ 4 Ом);
Rh - сопротивление повторного заземления нулевого проводника;
IК - ток короткого замыкания
QF - аппараты защиты от токов короткого замыкания
Защитное заземление или зануление электрических установок следует выполнять:
при номинальном напряжении 380 В и более, переменного тока и 440 В и более, постоянного тока - во всех случаях;
при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до440 В постоянного тока - при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных
Выравнивание потенциалов
Как самостоятельная мера защиты не применяется, а является дополнением к другим мерам защиты, например к заземлению, к занулению.
Выравнивание потенциалов - метод снижения напряжений прикосновения и шага в зоне растекания тока при замыкания на землю.
Напряжение прикосновения и„р, т.е. напряжение, под которым может оказаться человек, прикоснувшийся к корпусу оборудования, где из-за повреждения изоляции произошло замыкание одной из фаз, представляет собой разность потенциалов корпуса и точки поверхности, где стоит человек.
Выравнивание потенциалов происходит благодаря наличию связи между оборудованием, разветвленной сетью заземления и различными металлическими конструкциями, трубопроводами и другими естественными заземлителями.
Малое напряжение
Малое напряжение - номинальное переменное напряжение не более 42 В (50 В на разомкнутых клеммах источника при холостом ходе) и постоянное напряжение не более 110В, применяемые в целях уменьшения опасности поражения электрическим током.
Источниками малых напряжений могут быть батареи гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямители, преобразовательные установки, понижающие или разделительные трансформаторы.
Заземление вторично обмотки разделительного трансформатора не допускается. Корпус трансформатора в зависимости от режима нейтрали сети, питающей первичную обмотку, должен быть заземлен или занулен.
Заземление корпуса злектроприемника, присоединенного к такому трансформатору, не требуется.
Если понижающие трансформаторы не являются разделительными, то в зависимости от режима нейтрали сети, питающей первичную обмотку, следует заземлять или занулять корпус трансформатора, а также один из выводов (одну из фаз) или нейтраль (среднюю точку) вторичной обмотки. При работах в особо опасных условиях (котлы, металлические резервуары и т.п.) понижающие трансформаторы должны быть установлены снаружи этих объектов, а корпуса их соединены с корпусами объектов для выравнивания потенциала на корпусе трансформатора и объекта. Для питания ручных светильников в данных условиях должно применяться напряжение не выше 12В.
Электрическое разделение сетей
Малые напряжения имеют ограниченную область применения вследствие невозможности по экономическим соображениям осуществления протяженной сети большого сечения.
Этот недостаток может быть устранен при применении разделительного трансформатора, с помощью которого электроприемник полностью изолируется от первичной сети и сети заземления, так как здесь электрическая связь заменена магнитной.
Опасность поражения и здесь не исключена полностью, например: при прикосновении человека к корпусу злектроприемника, оказавшегося под напряжением вследствие пробоя изоляции на корпус одной из фаз, при одновременно наличии замыкания на землю из-за повреждения изоляции в другой фазе вторичной цепи.
Для того, чтобы снизить вероятность возникновения двойного замыкания и тем самым уменьшить вероятность поражения, вторичная цепь не должна быть разветвленной.
Поэтому разрешается присоединение к каждому трансформатору только одного электроприемника ограниченной мощности (не более 15 А на первичной стороне). Вторичное напряжение разделительного трансформатора не должно превышать 380 В.
Разделительные трансформаторы должны соответствовать требованиям к электротехническим изделиям класса защиты II.
Понижающие трансформаторы с вторичным напряжением 42 В и ниже могут быть использованы в качестве разделительных, если они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к разделительным трансформаторам.
Защитное отключение
Широко применяемые меры защиты - заземление и зануление - обладают рядом недостатков. Они не защищают от опасности поражения электрическим током при непосредственном прикосновении к токоведущим частям; при пробое изоляции на корпус все корпуса, остального оборудования, присоединенные к данной системе заземления (или зануления), оказываются под некоторым напряжением относительно земли, которое может оказаться и опасным; выполнение заземляющего устройства в ряде случаев (передвижные электроустановки) представляет значительные трудности.
Рассматриваемая мера защиты - защитное отключение - лишена этих недостатков. Защитное отключение рекомендуется применять в качестве основной иди дополнительной меры защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или зануления либо если устройство заземления или зануления вызывает трудности по условиям выполнения или по экономическим соображениям.
Защитным отключением называется быстродействующая система защиты, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении тока утечки на землю (корпус судна) вследствие неисправности, ухудшения изоляции или прикосновения человека к токоведущим частям. К важнейшим параметрам устройств защитного отключения (УЗО) относят уставку срабатывания по току утечки на землю и время срабатывания.
УЗО состоит из двух основных частей: чувствительного элемента, реагирующего на электрический параметр, сопровождающий аварийную ситуацию (ток утечки) и исполнительного органа, производящего отключение силовой цепи (автоматический выключатель, магнитный пускатель).
Применение УЗО для защиты при работе о передвижными и переносными электроприемниками, вызвано тем, что у них заземление корпусов осуществляется путем довольно ненадежной связи с заземляющим устройством. Целесообразно применять УЗО с разделяющим трансформатором как дублирующую техническую меру обеспечения безопасности на случай потери защитных характеристик разделяющего трансформатора (замыкание между обмотками или на корпус).
С целью обеспечения безопасности судовых разветвленных сетей, содержащих большое количество розеток для подключения переносного электрооборудования (например, сеть в машинном отделении, сеть питания розеток в жилых каютах) рекомендуется использовать устройства избирательного (пофидерного) контроля сопротивления изоляции и защитного отключения.
Защитное отключение может применяться как единственная мера защиты, а электроустановках, если УЗО обеспечивает безопасность при прикосновении к токоведущим частям и имеет устройство контроля его исправности в условиях эксплуатации. В тоже время недопустимо применение УЗО для защиты оборудования, внезапное отключение которого может создать опасность для людей или судна.
Электрическая изоляция
Причины поражения электрическим током, как правило, имеют прямую связь с повреждением электрической изоляции; это или неисправность ее, или нарушение человеком изоляционных расстояний. Кроме того, при повреждении изоляции создается опасность поражения от искрения, от токов утечки, от коротких замыканий и связанных с этим взрывов и пожаров.
Рабочая (основная) изоляция - электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током.
Дополнительная изоляция - электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.
Двойная изоляция - электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции.
Усиленная изоляция - улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция. Двойная или усиленная изоляции оправдывают себя как мера защиты в изделиях небольшой мощности к сравнительно небольших размеров: переносной электроинструмент, бытовые электроприборы и ручные электросветильники.
Наличие двойной изоляции ее исключает необходимости осуществлять соответствующий уход и профилактические испытания не только самого изделия, но и отходящего от него питающего шнура или кабеля: в процессе работы изделия возможны повреждения изоляции, а также перекрытия ее по проводящей пыли.
На корпусе электроизделия с двойной изоляцией наносится геометрический знак "квадрат в квадрате".
Ограждения. Блокировки
В электроустановках любого напряжения применение только изолированных токоведущих частей не всегда можно осуществлять по экономическим соображениям.
Для того чтобы исключить возможность прикосновения к неизолированным токоведущим частям или приближения к ним на опасное расстояние токоведущие части располагают на недоступной высоте или в недоступном для людей месте, закрывают ограждениями, крышками, закрепляя их на изоляторах в отдельных точках.
В электропомещениях с установками до 1 кВ допускается применение неизолированных и изолированных токоведущих частей без защиты от прикосновения, если по местным условиям такая защита не является необходимой для каких-либо иных целей (например, для защиты от механических воздействий).
Все ограждающие и закрывающие устройства должны обладать достаточной механической прочностью, а снятие или открывание их должно быть, возможно, лишь при помощи ключей или инструментов.
Блокировка является надежной мерой защиты от проникновения в опасную зону, где находится установка и где нет других возможностей обеспечить недоступность токоведущих частей от случайного прикосновения благодаря применению блокировки происходит автоматическое снятие напряжения со всех элементов установки, приближение к которым угрожает жизни человека.
Блокировки применяются также для предупреждения ошибочных действий персонала при оперативных переключениях.
Знаки безопасности, надписи и плакаты
Основное назначение:
предупреждение об опасности приближения к частям, находящимся под напряжением;
запрещение оперирования коммутационными аппаратами, которыми можетбыть подано напряжение на место, отведенное для работы;
указание работающему персоналу места, подготовленного к работе;
напоминание о принятых мерах безопасности.
В соответствии с этим знаки и плакаты делятся на четыре группы: предупреждающие, запрещающие, предписывающие и указательные.
По характеру применения знаки и плакаты могут быть постоянные и переносные.
Знак «Осторожно! Электрическое напряжение» укрепляется на внешней стороне дверей электротехнических помещений и на ограждениях (оболочках) токоведущих частей, расположенных з производственных помещениях.
Средства защиты
К средствам защиты относят средства, применение которых предотвращает или уменьшает воздействие на работающих опасных и (или) вредных производственных факторов.
В частности, электрозащитные средства служат для защиты людей, работающих на электроустановках, от поражения током, от воздействия дуги и электромагнитного поля.
Средства защиты должны использоваться только по своему прямому назначению в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Основные электрозащитные средства - средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок, и которые позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением. В электроустановках до 1000 В к ним относятся изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками.
К дополнительным электрозащитным средствам, которые сами по себе не могут обеспечить защиту от поражения током, а применяются совместно с основными средствами, в установках до 1000 В относятся диэлектрические галоши, диэлектрические ковры, переносные заземления, изолирующие подставки и накладки.
Ковры из диэлектрического маслостойкого материала должны быть уложены у распределительных щитов (главного, аварийного и др.) при напряжениях выше 42 В (впереди и позади них). Диэлектрические ковры должны быть уложены также в помещениях электроустройств у мест, где в эксплуатации возможен доступ к токоведущим частям.
Все находящиеся в эксплуатации электрозащитные средства и приспособления (за исключением ковров и подставок, нумерация которых необязательна) должны быть пронумерованы и учтены в журнале учета и содержания средств защиты, в котором указывают наименования, инвентарные номера, местонахождение, даты периодических испытаний и осмотров. Средства защиты, находящиеся в индивидуальном пользовании, также должны быть зарегистрированы в журнале с указанием даты выдачи и с подписью лица, получившего их.
Средства защиты, находящиеся в эксплуатации, размещают в специально отведенных местах, как правило, у входа в помещение, а также на щитах управления. Они должны быть защищены от воздействия масел, бензина и других разрушающих резину веществ, а также от прямого воздействия солнечных лучей и теплоизлучения нагревательных приборов.
Перед употреблением средства защиты персонал обязан проверить его исправность, отсутствие внешних повреждений, очистить и обтереть от пыли, проверить, по штампу (протоколу испытаний) срок годности.
Средства защиты кроме изолирующих подставок, диэлектрических ковров, переносных заземлений, полученные для эксплуатации от заводов-изготовителей или со складов, должны быть проверены по нормам эксплуатационных испытаний. Сроки электрических испытаний средств защиты: перчатки -1 раз в 6 мес.; галоши - 12 мес.; боты - 36 мес.; слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками - 12 мес. Электроизоляционные ковры проверяются внешним осмотром 1 раз в 6 мес.
Кроме перечисленных электрозащитных средств при работах в электроустановках следует при необходимости применять такие средства индивидуальной защиты, как очки, каски, противогазы, респираторы, рукавицы, предохранительные монтерские пояса и страховочные канаты.