При одновременном прикосновении к фазному и нулевому проводам

сопротивлением обуви или опоры, но проходит по наиболее опасному пути «рука-рука». Ещё более опасным является прикосновение к двухфазным проводам одновременно (рис.3.5.3, поз.3), когда эта цепь оказывается под

нейтралью заключается в том, что они позволяют получить два рабочих напряжения – линейное 380В и фазное 220В, а также не предъявляют высокие требования к качеству изоляции проводов.

В сетях с изолированной нейтралью ток, протекающий через человека возвращается к источнику через активное сопротивление изоляции проводов Rиз и ёмкость их относительно земли (рис.3.5.4а). В эквивалентной

IЧ RЧ

Рис. 3.5.4. Прикосновение в трёхфазной сети с изолированной нейтралью

а– схема прикосновения; б – эквивалентная схема.

Всетях до 1000В малой протяженности ёмкость невелика и сопротивление ХИЗ>>RИЗ, так что через человека пройдёт ток

189

исправна и сопротивление её достаточно велико.

Если, однако, сопротивление изоляции резко понижено, а ёмкость велика (что характерно для протяжённых разветвлённых сетей до 1000В с большим количеством потребителей), то ток через человека в пределе может достичь значения Iч=220 мА.

При пробое изоляции одной из фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью напряжение двух других фаз относительно земли увеличивается до линейного значения и опасность электропоражения повышается, т.к. в этом случае ток достигает значения Iч=380 мА.

Сила тока, проходящего через человека в сетях с изолированной нейтралью, зависит от качества изоляции, чем оно выше, тем меньше опасность для человека. Поэтому в таких сетях необходим постоянный контроль сопротивления изоляции.

3.5.4.2. Опасность замыкания на землю в электроустановках

Замыкание на землю – это случайное электрическое соединение с землёй частей электроустановок, находящихся под напряжением. Замыкание на землю возникает при повреждении изоляции и переходе фазного напряжения на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением, при замыкании на оболочку в кабельных линиях и т.п.

Стекание тока в землю происходит через проводник, находящийся с нею в непосредственном контакте и называемый заземлителем. При этом заземлители выполняют защитную функцию при замыкании на корпус потенциал повреждённой фазы относительно земли снижается до значения, равного падению напряжения на заземлителе: UЗ= IЗ RЗ, где IЗ – ток замыкания на землю; RЗ – сопротивление заземлителя растеканию тока.

Появление напряжения на заземлителе и соединённых с ним металлических частях электрооборудования, а также на поверхности грунта создаёт опасность электропоражения людей. Основной характеристикой заземлителей является сопротивление току растекания.

Ток растекается от заземлителя равномерно во все стороны по поверхности и в глубину земли (рис.3.5.5). По мере удаления от заземлителя плотность тока убывает, поскольку увеличивается сечение слоя земли, через

190

которое проходит ток. Потенциал грунта UX изменяется при этом в соответствии с уравнением

U X =U З rx ,

где r – радиус полушарового заземлителя; х – расстояние от оси заземлителя до данной точки грунта.

При замыкании на землю потенциал поверхности грунта убывает с удалением от заземлителя по закону гиперболы, от максимального значения на заземлителе Uз при х→ r до нуля при х→∞. Практически потенциал Ux близок к нулю на расстоянии х ≥ 20м (рис.3.5.5).

Сопротивление, которое оказывает току земля, окружающая электрод, называется сопротивлением заземлителя, которое в отличие от собственного сопротивления электрода значительно больше и зависит от удельного сопротивления земли, от геометрической формы и размеров электродов, определяющих картину поля, от неоднородности грунта.

Человек, стоящий на поверхности грунта в зоне растекания тока, приобретает потенциал данной точки поверхности Ux, в то время, как корпуса электрооборудования находятся под потенциалом заземлителя Uз, с которым они электрически соединены. Человек, коснувшись рукой повреждённого корпуса, оказывается под действием напряжения прикосновения, равного разности потенциалов руки и ног: Uпр = Uз – Ux – напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения.

191

Если человек делает шаг, находясь в поле растекания тока замыкания на землю, то его ноги оказываются под разными потенциалами (рис.3.5.5). Напряжение шага – это разность потенциалов между точками поверхности земли, расположенными одна от другой на расстоянии шага. На расстоянии одного шага от заземлителя (рис.3.5.5, поз.1) одна нога находится под потенциалом Uз, а другая – Uх. В этом случае напряжение шага имеет

максимальное значение, т.к. вблизи заземлителя кривая Ux изменяется наиболее резко. При удалении от заземлителя напряжение шага уменьшается и вне зоны растекания равно нулю. Таким образом, при сравнительно небольшом удалении от заземлителя напряжение прикосновения быстро возрастает от нуля (у заземлителя) до максимального значения Uпр = Uз на расстоянии около 20м, а напряжение шага, наоборот, уменьшается.

192

Правила ПБЭ запрещают приближаться к упавшему на землю проводу на расстояние ближе 4…8м. Оказавшись в опасной зоне, следует выходить из неё мелкими шагами в сторону, противоположную месту аварии.

Условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различаются и тем, что ток через тело человека протекает по разным путям: «рука-ноги» или «нога-нога». Случаи поражения людей напряжением шага относительно редки. Однако, значительные напряжения шага вызывают судороги в ногах, от чего при падении человека ток будет проходить вдоль всего тела, перекрывая точки поверхности грунта с большей разностью потенциалов. Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии, значения которых могут достигать нескольких и даже десятков киловольт.

В зоне сложных заземлителей напряжение шага определяют как часть от напряжения заземлителя: U Ш = βШU З , где βШ - коэффициент напряжения шага (определяется по таблицам). Напряжение шага не нормируется, его можно принять не выше 65В переменного тока по рекомендациям ряда исследований.

Напряжение прикосновения определяется по формуле

U пр =αпрU З ,

где αпр - коэффициент напряжения прикосновения (определяется по таблицам). Предельно допустимые напряжения прикосновения в зависимости от длительности воздействия приведены в табл.3.5.5.

3.5.4.3. Системы способов и мероприятий безопасной эксплуатации электроустановок

Электротравматизм на промышленных предприятиях может быть вызван техническими, организационными и социальными причинами. К техническим относятся: дефекты устройства электроустановок и защитных стредств; неисправности их, возникающие в процессе эксплуатации; несоответствие типа электроустановки и защитных средств условиям применения; использование защитных средств с истёкшим сроком периодических испытаний и пр. К организационным относятся: несоблюдение технических и организационных мероприятий безопасности в период эксплуатации; ошибочная подача напряжения на электроустановку, где работают люди; отсутствие ограждений и предупредительных плакатов у места работы; недостаточная обученность персонала; несоответствие работы заданию и др. к социальным причинам травматизма можно отнести игнорирование правил безопасности, допуски к работе в электроустановках с нарушениями существующего законодательства, нарушение производственной дисциплины и т.п.

193

В настоящее время основными методами, обеспечивающими безопасностную эксплуатацию электроустановок, являются: применение зашитных мер (А), использование электрозащитных средств и обеспечение защитных мероприятий (Б).

А. Под электроустановкой понимается совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения и потребления электрической энергии. Нормальным режимом работы считается такой режим, когда нет замыканий на землю или на корпус электроустановки. При этом безопасность человека обеспечивают изоляция и недоступность токоведущих частей, блокировки безопасности, ориентация и сигнализация, выравнивание потенциалов, применение малых напряжений, защитное разделение электрических сетей.

1. Изоляция токоведущих частей. Электрическая изоляция – это слой диэлектрика или конструкция, выполненная из диэлектрика, которым токоведущие элементы отделяются от других частей. Изоляцию, обеспечивающую протекание тока по требуемому пути (т.е. нормальную работу электроустановки) и защиту от поражения электрическим током, называют рабочей изоляцией. Изоляция обеспечивает безопасность благодаря большому сопротивлению, которое препятствует протеканию значительных токов через изоляцию.

Параметры изоляции ухудшаются с повышением температуры, с увеличением приложенного напряжения и в результате старения из-за постепенного увлажнения, нагревания токами нагрузки и короткого замыкания, внутренних и внешних механических воздействий.

Состояние изоляции характеризуется электрической прочностью и электрическим сопротивлением. Электрическая прочность изоляции определяется испытанием на пробой повышенным напряжением, а электрическое сопротивление определяется измерением и должно быть не ниже 500 кОм на фазу в сетях напряжением до 1000 В.

Контроль за состоянием изоляции предусматривает измерение активного сопротивления изоляции в установленные правилами сроки и в случае выявления дефектов. Периодический контроль осуществляется измерением сопротивления изоляции на отключённой электроустановке с помощью мегаомметров. Постоянный контроль предусматривает измерение сопротивления изоляции относительно земли в течении всего времени работы электроустановки или контроль состояния изоляции в сетях с изолированной нейтралью по показаниям вольтметров, подключенных к каждой фазе.

При ухудшении сопротивления изоляции одной из фаз, вольтметр, подключенный к этой фазе, покажет снижение напряжения, а показания двух других вольтметров увеличатся. При глухом замыкании на землю

194

подключенный к ней вольтметр покажет нуль, а на здоровых фазах – линейное напряжение. При симметричном снижении сопротивления изоляции всех фаз показания всех вольтметров будут примерно одинаковы. Поэтому применяют другие схемы.

Одной из действенных мер обеспечения электробезопасности является двойная изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной.

Дополнительная изоляция предусматривается независимо от рабочей для защиты от электропоражения в случае повреждения рабочей изоляции. Примером может служить пластмассовый корпус инструмента или другой электроустановки. Для неё используются материалы, отличающиеся по своим свойствам от материала рабочей изоляции, с тем чтобы избежать одновременного повреждения обоих видов изоляции даже в самых неблагоприятных условиях.

2. Защитное разделение электросетей. Разветвлённая электрическая сеть большой протяженности имеет значительную ёмкость относительно земли и сравнительно небольшое активное сопротивление изоляции. В таких сетях при однофазном прикосновении человек оказывается под напряжением, близким к фазному.

Опасность поражения снижают, разделяя сеть на отдельные участки путём подключения потребителей через разделительный трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. При прикосновении к одному из проводов во вторичной сети не создаётся опасности, т.к. токи утечки малы (провода короткие и ёмкость невелика).

К разделяющему трансформатору следует подключать только один электроприёмник с номинальным током до 15А. Основная цель этой защитной меры – уменьшить ток замыкания на землю за счёт высоких сопротивлений фаз относительно земли. По этой причине вторичная обмотка трансформатора не заземляется, а корпуса приёмников не должны иметь связи с сетью заземления или зануления. Область применения электрического разделения сетей ограничивается электроустановками напряжением до

1000В.

3. Применение малого напряжения. Под малым понимают напряжение не выше 42В, применяемое для уменьшения опасности поражения электрическим током.

При малом напряжении протекает и малый ток, а сопротивление тела человека, учитывая нелинейный характер зависимости сопротивления тела человека от приложенного напряжения (см. рис.3.5.1), значительно превышает расчётное значение 1кОм. Например, при напряжении 12В и сопротивлении тела человека 4кОм ток через него не превысит 12 : 4 = 3 мА, что значительно ниже порогового неотпускающего тока.

195

Напряжение до 42В должно применяться в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и вне помещений для питания ручных электрифицированных инструментов, переносных ручных ламп и светильников местного стационарного освещения, размещённых над полом на высоте менее 2.5 м. При особо опасных условиях (темнота, сырость, возможность соприкосновения с заземленными металлоконструкциями ) в особо опасных помещениях питание ручных переносных ламп должно осуществляться напряжением не выше 12В.

Источником малого напряжения могут служить аккумуляторы, выпрямительные установки, понижающие трансформаторы. Чтобы исключить опасность перехода высшего напряжения на сторону малого вторичную обмотку и корпус понижающего трансформатора заземляют или зануляют, а между обмотками высшего и малого напряжений помещают заземленный экран. Применение автотрансформатора или реостатов запрещается, поскольку в этом случае сеть малого напряжения электрически связана с сетью высшего напряжения. Допускается не применять защитных мер в электроустановках малого напряжения.

Следует отметить, что применение малых напряжений не обеспечивает гарантии полной безопасности. Известны случаи электропоражения людей даже при напряжении ниже 12В, в том числе и со смертельным исходом.

4. Защита от случайного прикосновения. Чтобы исключить возможность случайного прикосновения к токоведущим частям, их располагают на недоступной высоте или применяют ограждения, блокировки, сигнализацию.

Воздушные линии электропередач выполняют, как правило, голыми, неизолированными, поэтому подвешиваются над землей на высоте не менее 6м для линий напряжением до 1000В. Внутри производственных помещений неогражденные токоведущие части (контактные сети, троллеи и т. д.) прокладываются не высоте не менее 3,5от пола. Голые провода, шинопроводы , а также аппараты с открытыми токоведущими частями помещают в специальные шкафы и трубы, закрывают сплошными или сетчатыми ограждениями. Ограждение может быть предусмотрено конструкцией электрооборудования и является его неотъемлемой частью, например корпуса, кожухи электрических машин и аппаратов. Сетки используются в тех случаях, когда ограждаемая часть должна просматриваться, и к ней необходим приток воздуха для вентиляции. Сетки с ячейками размером 25×25мм применяют для ограждений в установках любого напряжения.

Блокировки безопасности предотвращают попадание людей под напряжение в результате неправильных действий, не дают проникнуть в опасную зону, где расположены токоведущие части, находящиеся под

196

напряжением, или в зону, где расположены движущиеся или вращающиеся части. Они применяются в основном в электроустановках с напряжением выше 1000В. По принципу устройства блокировки делят не механические, электрические и электромагнитные.

Механическая блокировка выполняется с помощью замков, защелок и других приспособлений, которые стопорят подвижную часть механизма в отключенном положении; применяется в электрических аппаратах (рубильниках, пускателях, выключателях).

Электрическая блокировка применяется в технологических и испытательных электроустановках напряжением до 1000В, где должен находиться человек при выполнении производственных операций. Блокировка отключает напряжение при открывании дверей ограждений или при снятии крышек. Для этой цели служат блокировочные контакты, которые включаются в цепь управления пускового аппарата (контактора или магнитного пускателя).

Электромагнитные блокировки широко применяются в распределительных устройствах для работы выключателей, разъединителей и заземляющих ножей. Электромагнитный замок укрепляется на приводах электрических аппаратов. Если положение аппаратов правильное, при вставлении в гнездо замка вилки со встроенным электромагнитом будет подано напряжение на обмотку электромагнита, сердечник которого притянет стержень замка и откроет его.

В сочетании с другими мерами защиты широко используется сигнализация об опасности. Чтобы лица, обслуживающие электроустановки, случайно не попали под напряжение, должна быть обеспечена хорошая ориентировка в этих установках. С этой целью необходимы: рациональное расположение электрооборудования; простота и наглядность схем распределительных устройств, подстанций, ячеек; надписи, маркировка, расцветка. Электроустановки должны быть снабжены постоянными и переносными предупредительными плакатами и световой сигнализацией, указывающей на состояние («Включено» или «Отключено») части электроустановки с помощью электрических ламп. В электроустановках напряжением до 1000В сигнальную лампу включают либо непосредственно на токоведущую часть, и тогда лампа горит при наличии напряжения, либо с помощью реле включается в случае исчезновения напряжения. Такая сигнализация более надежна, т.к. при отказе лампы будет подаваться сигнал опасности.

Б. Аварийным считается такой режим, когда появляется опасность для человека в следствии разрушения изоляции и замыкания фазы на землю или корпус электроустановки. При этом безопасность обеспечивают применение

197

защитного заземления или зануления корпусов электроустановок, защитное отключение и другие мероприятия.

Защитное заземление. Наиболее распространенной и надежной мерой защиты от поражения электрическим током является защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

С помощью заземлителя уменьшается напряжение на корпусе ( в случае случайного замыкания на него тока), а также напряжение прикосновения и шаговое напряжение в зоне растекания этого тока.

Если корпус не заземлен, то на нем будет потенциал фазы и человек, прикоснувшейся к «пробитому» корпусу окажется под фазным напряжением относительно земли (рис.3.5.6а). Прикосновение к нему столь же опасно как и к токоведущей части. Так в сети 380В с изолированной нейтралью при сопротивлении изоляции Rиз = 7кОм ток через человека будет

неопасный ощутимый ток. И чем меньше сопротивление заземления, тем меньше будет ток через человека. Сущность защитного заземления состоит в том, что все металлические конструкции соединяются с землей через малое сопротивление, во много раз меньшее сопротивления тела человека, чтобы

198

большая часть тока прошла через заземлитель, а напряжение прикосновения снизилось до безопасного значения (рис.3.5.6б).

Защитное заземление, как способ защиты, применяют в сетях с изолированной нейтралью, где ток замыкания на землю ограничивается в основном величиной сопротивления изоляции (Rиз >> Rз ), а также в сетях выше 1000В с любым режимом работы нейтрали источника питания.

В сетях напряжением до 1000В с заземленной нейтралью защитное заземление неэффективно, т. к. ток замыкания зависит от величины сопротивления заземления и с уменьшением его ток возрастает.

Сопротивление растеканию тока нормируется в зависимости от напряжения питающей сети. Поскольку заземление должно обеспечивать безопасность при прикосновении к нетоковедущим частям, случайно оказавшимся под напряжением, а также при воздействии шагового напряжения, нормированию подлежат наибольшие безопасные значения напряжения прикосновения и напряжение относительно земли Uпр ≤ Uдл.доп . За длительно допустимое принимается напряжение прикосновения согласно Международного стандарта 42В. В сетях до 1000В даже при плохом состоянии изоляции и значительной емкости ток однофазного замыкания на землю не превышает 10А. Поэтому сопротивление заземления не должно превышать величину

При малой мощности источника ( до 100кВА) протяженность сети мала и ток замыкания не превышает 2А, допускается увеличение сопротивления заземления до 10 Ом.

В высоковольтных установках падение напряжения на заземляющем устройстве не должно превышать 250В и соответственно должно быть

Rз ≤ 250 , но не более 10Ом.

I з

Для выполнения этих требований при проектировании производят расчет заземляющего устройства, а после монтажа – проверку защитного заземления путем измерения сопротивления.

В зависимости от расположения заземлителей по отношению к заземляющему оборудованию заземления бывают выносные(или сосредоточенные) и контурные (или распределенные). Первые располагают сосредоточенно, на некотором расстоянии от оборудования за пределами зоны растекания тока замыкания на землю. Напряжение прикосновения для выносного заземлителя определяется напряжением корпус-земля: U пр =U к = I з Rз , где Iз – ток, протекающий через заземлитель при замыкании фазы на корпус.

199

Таким образом, выносное заземление обеспечивает безопасность, когда напряжение на корпусе не превышает допустимого. При больших токах замыкания на землю невозможно получить допустимое напряжение прикосновения путем снижения сопротивления заземления. В этих случаях применяют контурное заземление.

Заземлители контурного заземления располагают по периметру и внутри площадки, на которой расположено заземляемое оборудование (рис.3.5.7). Все заземлители электрически соединены друг с другом. При замыкании на корпус происходит стекание тока в землю и благодаря системе заземлителей на поверхности площадки появляется повышенный потенциал по отношению к примыкающей территории. На территории площадки напряжения прикосновения и шага оказывается незначительными.

В качестве заземлителей могут использоваться электропроводящие части строительных и производственных конструкций, имеющие хороший контакт с землей, например арматура железобетонных конструкций, трубопроводы (кроме трубопроводов для транспортировки горючих и взрывчатых жидкостей и газов), металлические оболочки кабелей (кроме алюминиевых) обсадные трубы и др. Это так называемые естественные заземлители, которые используются в первую очередь для заземления.

200

Искусственные заземлители – это специально устраиваемые для заземления стальные металлоконструкции в виде вертикальных электродов, связанных с горизонтальным электродом (стальной полосой). Соединенные сваркой между собой вертикальные и горизонтальные электроды образуют магистраль заземления, к которой подключаются корпуса заземляемого оборудования. Последовательное подключение корпусов оборудования к магистрали заземления запрещено.

Защитное зануление. Зануление в электроустановках до 1000В – это преднамеренное соединение частей электроустановок, нормально не находящихся под напряжением, с глухо заземленной нейтралью источника питания.

Зануление является эффективной мерой защиты при питании электрооборудования от четырехпроводных сетей с заземленной нейтралью питающего трансформатора напряжением 380/220В. В соответствии с ПУЭ зануление корпусов выполняют в тех же случаях, что и защитное заземление.

При соединении корпусов электроустановок с нулевым проводом питающей сети замыкание фазы на корпус превращается в однофазное короткое замыкание. Возникающий при этом большой ток должен обеспечить срабатывание устройства защиты, которое автоматически отключит поврежденную электроустановку от питающей сети.

Назначение нулевого защитного провода - создание цепи с малым сопротивлением для тока при замыкании фазы на корпус и превращение его в однофазное короткое замыкание. Он же может служить и рабочим проводником – для питания электроприемников фазным напряжением. В качестве нулевых защитных проводников могут использоваться также естественные заземлители. Рабочее заземление нейтрали источника питания Ro служит для снижения напряжения нулевого защитного провода и соединенных с ним корпусов оборудования относительно земли при замыкании фазы. Повторное заземление нулевого защитного провода позволяет снизить напряжение на корпусах зануленного оборудования особенно при обрыве нулевого провода, когда не происходит отключения от защиты.

Рассмотрим сеть 380В с глухозаземленной нейтралью при нормальном состоянии сети и при обрыве нулевого провода (рис. 3.5.8).

При замыкании фазы С на корпус в первом случае ток будет протекать по «петле» фаза-нуль. Величина тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания (с учетом индуктивного сопротивления трансформатора и проводов)

I к = zфU+фzн

201