ПОЛНЫЙ КОНСПЕКТ

при эксплуатации которых человек может прикоснуться к токоведущим частям, находящимся под напряжением (электрические печи сопротивления, гальванические ванны, электрические ванны с расплавленными средами, индукторы установок ТВЧ и т.п.). Для создания необходимого уровня электробезопасности при эксплуатации таких электроустановок применяют малое напряжение, такой величины, что при прикосновении к элементам, находящимся под напряжением, напряжение прикосновения не превышает длительно допустимого значения.

Длительно допустимое напряжение прикосновения зависит от параметров помещений и окружающей среды в них.

По степени опасности поражения людей электрическим током ПУЭ делит помещения на три категории:

I – с повышенной опасностью, к которым относятся помещения сырые (относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %); жаркие (температура длительно превышает 30°С); с токопроводящими полами; а также помещения, в которых возможно одновременное прикосновение человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям здания, технологическим аппаратом (механизмом и т.п.), с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

II. Особо опасные, к которым относятся помещения: особо сырые (относительная влажность близка к 100%); с химически активной средой; имеющие два или более признака помещений с повышенной опасностью.

III. Без повышенной опасности, в которых отсутствуют признаки помещений I и II категорий.

К работам в особо опасных условиях (II категория) относятся также работы с электрооборудованием вне помещений (выполняемые на открытом воздухе, в том числе под навесами).

В помещениях повышенной опасности поражения электрическим током для ручного электрифицированного инструмента и установок, в которых человек может прикоснуться к токоведущим элементам, находящимся под напряжением, допускается напряжение переменного тока не выше 36 В, а постоянного тока – не выше 40 В. В помещениях особо опасных по поражению электрическим током соответственно не выше 12 и 15 В.

Для понижения напряжения применяют только понижающие трансформаторы (рис.5.6, 5.7). С целью уменьшения опасности при переходе высшего напряжения на сторону вторичного малого напряжения вторичная обмотка трансформатора заземляется или зануляется.

131

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 5.6. Заземление понижающих трансформаторов в сети с изолированной нейтралью

Рис. 5.7. Заземление понижающих трансформаторов в сети с заземленной нейтралью

Для III категории (без повышенной опасности) допускается напряжение U ≤ 220 В, но с обязательным заземлением или зануления корпуса оборудования или двойная изоляция, корпус электроприемника изготовляется из нетокопроводящего материала (пластмассы).

5.5. Защитное заземление электроустановок.

Защитное заземление (рис.5.8) – это преднамеренное соединение при помощи проводников 2 металлических нетоковедущих частей оборудования 1 с токопроводящими элементами 3, находящимися в земле и имеющими хороший контакт с грунтом.

Рис. 5.8. Схема заземляющего устройства.

132

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1 – корпус оборудования; 2 – заземляющая шина (проводник); 3 – заземлитель; ( 2 + 3 ) – заземляющее устройство или защитное

заземление.

Защитное заземление применяют в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью в установках напряжением до и выше 1000 В, а также в установках напряжением 110 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью источника тока.

В соответствии с требованием ПУЭ защитное заземление (зануление) электроустановок необходимо выполнить:

-при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках;

-при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках;

-в электросварочных установках независимо от величины напряжения, кроме заземления (зануления) корпусов и других нетоковедущих частей оборудования должно быть осуществлено заземление одного из зажимов (выводов) вторичной цепи источника сварочного тока.

Защитное заземление защищает человека от поражения током при замыкании фазы на корпус оборудования или на землю путем снижения

величины напряжения прикосновения (Uпр) и напряжения шага (Uш) до допустимых значений (табл. 2).

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя точками (А и В, рис. 5.9.) цепи тока, которых одновременно касается человек. Одной точкой (А) является корпус оборудования, на который замкнула фаза, другой - (В) основание. При растекании тока в земле на ее поверхности появляется напряжение, которое уменьшается в зависимости от увеличения расстояния (х) до места стекания тока в землю.

Напряжение прикосновения

где Uз = I3 × R3 – напряжение на заземлителе (то же самое и на корпусе оборудования);

a1 – коэффициент напряжения прикосновения, для полушаровых заземлителей a1 = (Х – Х3) / Х (Х3 – размер заземлителя,

Х – расстояние от заземлителя).

При Х = Х3 коэффициент a1 = 0, т.е. Uпр = 0; при Х > Х3 коэффициент a1®1, следовательно Uпр → U3. Другими словами: чем ближе человек находится к заземлителю, тем меньше будет напряжение прикосновение, чем дальше – тем больше. Это хорошо видно из схемы на рис. 5.9 и из формулы 5.1: напряжение в точке А остается постоянным, а в точке В изменяется от максимального значения до нуля.

133

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Коэффициент α2 зависит от сопротивления человека (Rh), обуви (Ro) и пола (Rп), то есть a2 = Rh / (Rh + Ro + Rп ), следовательно, чем больше будет сопротивление обуви и основания, на котором стоит человек, тем меньше будет α2 и напряжение прикосновения (Uпр).

Напряжение шага – это напряжение между двумя точками (С и Д, рис. 5.9) электрической цепи тока, находящимся одна от другой на расстоянии шага (а = 0,8 м, рис.5.9), на которых одновременно стоит человек.

С Д Рис. 5.9. Напряжение прикосновения и шага

где b1 – коэффициент напряжения шага, зависит от заземлителя.

Анализ уравнения (5.3) и схемы на рис. 5.9 показывает, что чем ближе к месту стекания тока в землю, тем больше коэффициент β1 и, следовательно, больше напряжение шага. С увеличением расстояния от места стекания тока коэффициент b1 уменьшается и снижается напряжение шага.

Коэффициент b2 равен коэффициенту a2 , т.е. b2 = a2 = Rh / (Rh + Ro + Rп ). Для снижения напряжений прикосновения и шага (соответственно величины тока, протекающего через человека) необходимо уменьшить напряжение (U3) на заземляющем устройстве (формулы 5.1, 5.2) при замыкании на него фазы. Напряжение на корпус при замыкании на него фазы Uк=Uз= Iз×Rз зависит от тока замыкания (I3) и сопротивления заземляющего устройства (R3). Величина тока замыкания зависит в основном от полного сопротивления

изоляции фаз относительно земли Ι(з1) = Uф / (Z / З). Для ограничения тока

замыкания ( Ι(з1) ) в первую очередь необходимо поддерживать сопротивление изоляции фаз сети на нормированном уровне. Сопротивление заземляющего

134

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

устройства (R3) также не должно превышать допустимых нормируемых значений. Кроме того, необходимо уменьшать расстояние между элементами заземлителя для выравнивания потенциалов на поверхности основания, увеличивать удельное электрическое сопротивление обуви (Ro) и основания (Rп). Данные мероприятия позволяют снизить напряжение прикосновения и шага до допустимых величин.

Заземлители подразделяются на естественные, искусственные и комбинированные (естественные + искусственные).

В качестве естественных заземлителей разрешается использовать токопроводящие элементы, находящиеся в земле и имеющие хороший контакт с грунтом, кроме трубопроводов с горючими жидкостями, газами и парами. Когда сопротивление естественных заземлителей превышает нормируемое значение, то к ним дополнительно размещают искусственные. Искусственные заземлители могут быть в виде горизонтальных металлических полос толщиной не менее 4 мм и вертикальных стержней из круглой стали диаметром не менее 10 мм, металлических уголков с толщиной полки не менее 3,5 мм, металлических труб с толщиной стенки не менее 3,5 мм и т.п. Все элементы заземляющего устройства между собой соединяются при помощи сварки (рис. 5.10), только к корпусам оборудования разрешено болтовое присоединение.

Рис. 5.10. Схемы присоединения элементов заземляющих шин

В качестве заземляющих проводников в цехах используют все металлические конструкции здания, а также подкрановые пути мостовых кранов и кранбалок, кроме трубопроводов с горючими жидкостями, газами, парами и свинцовых оболочек кабелей. Если металлические конструкции имеют болтовое или заклепочное соединение, то их между собой соединяют стальными перемычками сечением не менее 100 мм2 при помощи сварки.

Кроме того, в цехах прокладывают магистральные заземляющие шины по стенам здания на высоте 400 – 600 мм от пола. В сухих помещениях шины крепят к стене, (рис. 5.11, а), а в сырых помещениях и с агрессивной средой – на кронштейнах (рис.5.11, б). Минимальные размеры заземляющих шин,

135

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

проложенных в помещении цеха: круглые из оцинкованной проволоки – диаметр не менее 5 мм, прямоугольные сечением 4 х 6 мм площадью не менее 24 мм2, металлический уголок с толщиной полки не менее 2,5 мм, металлические трубы с толщиной стенки не менее 2,5 мм. Соединяют элементы заземляющих шин при помощи сварки в нахлестку (рис. 5.10). Внутри цеха заземляющие шины образуют контур, который не менее чем в двух местах соединяется при помощи сварки с заземлителем, расположенным снаружи цеха. Внутри цеха заземляющие шины окрашивают в черный цвет. Внутренние заземляющие шины дверные проемы обходят по верху. В исключительных случаях заземляющие шины прокладывают в металлических трубах в полу при обходе дверных проемов.

Корпуса оборудования к магистральным заземляющим шинам присоединяют при помощи специальных заземляющих шин или используют для этого металлические трубы, в которых прокладывают провода или кабели для подвода электроэнергии к электроприемнику.

Корпуса оборудования к магистральным заземляющим шинам разрешается присоединять только параллельно (рис. 5.12).

Искусственные заземлители подразделяются на контурные и выносные

(рис.5.12).

Контурные искусственные заземлители (рис. 5.12) располагают снаружи по периметру здания на расстоянии 1 – 1,5 м от отмостки стены здания. Для этого роют траншею глубиной 0,5 – 1,0 м, в которую забивают вертикальные стержни длиной 1,5 – 3 м и соединяют их металлической полосой при помощи сварки. Затем эту полосу соединяют проводником не менее чем в двух местах с магистральной заземляющей шиной цеха с помощью сварки. Измеряют сопротивление заземлителя и заземляющего устройства и засыпают траншею землей.

136

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1 – прямоугольного сечения;

2 – круглого сечения Рис. 5.11. Крепление заземляющих шин к стене здания:

а – в сухих помещениях; б – в сырых помещениях и в помещениях с агрессивной средой

Когда удельное электрическое сопротивление грунта вокруг здания высокое (r > 1000 Ом×м) или разместить заземлитель по техническим причинам невозможно, то заземлитель располагают вдали от здания (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Схемы искусственных заземляющих устройств.

При одинаковых условиях уровень электробезопасности при контурном заземляющем устройстве выше, чем при выносном. При контурном заземлителе напряжение прикосновения внутри контура Uпр = I3 Rз a1× a2 = ,

где a1 » 0,15…0,4, а при выносном – внутри помещения Uпр = I3 ×R3× a1× a2 где a1 » 1, т.е. при выносном заземлителе создавать необходимый уровень

137

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

электробезопасности в основном можно только за счет снижения сопротивления заземлителя (R3).

Сопротивление заземляющих устройств регламентировано ПУЭ и ПТБ электроустановок потребителей. В установках U до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. При мощности трансформаторов или генераторов 100 кВ×А и менее допускается сопротивление заземляющего устройства не более 10 Ом.

В установках U > 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более:

- при использовании заземляющего устройства одновременно и для установок до 1000 В

R3 = 125 / I3 £ 10 Ом где I3 – расчетный ток замыкания на землю, А;

- при использовании заземляющего устройства только для электроустановок выше 1000 В

R3 = 250 / I3 £ 10 Ом; - если I3 > 500 А, то R3 £ 0,5 Ом.

Сопротивление заземлителей как естественных, так и искусственных рассчитывают. При совместном использовании естественных и искусственных заземлителей сначала рассчитывают сопротивление естественных заземлителей, а затем определяют какую величину сопротивления должен иметь искусственный заземлитель (Rи).

Ru = RH−× Rl , Ом Rl RH

где Rн – нормируемое сопротивление заземлителя, Ом; Rе - сопротивление естественных заземлителей, Ом.

Методика расчета искусственных заземлителей.

1) Рассчитывают сопротивление стекания тока с вертикального стержня

2) Определяют необходимое количество вертикальных стержней

N = Rе (Rн × hc), шт.

3)Рассчитывают сопротивление стеканию тока с соединительной полосы

4) Определяют общее сопротивление заземлителя

Rk = R ×η R+c R× Rп×η × N , Ом

c п п c

5) Сравнивают с нормируемым

Rк ≤ Rн

6) Если Rк > Rн - увеличивают количество элементов искусственного заемлителя и расчет проводят до тех пор, пока Rк £ Rн

138

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

где r - удельное сопротивление грунта, Ом×м; ℓ – длина стержня, м;

d - диаметр стержня, м;

H – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м;

L– длина соединительной полосы, м;

В– ширина соединительной полосы, м;

h – расстояние от поверхности земли до соединительной полосы; hс, hп – коэффициенты экранирования (значения табличные).

Сопротивление цеховых заземлителей необходимо измерять не реже 1-го раза в год. Измеряют сопротивление заземлителей прибором ЭКО – 200 или мостом МС – 08. затем сравнивают с допустимым, т.е. Rиз£Rн

Выборочное вскрытие грунта для осмотра заземлителей в наиболее опасных местах проводят не реже 1 раза в 10 лет.

5.6. Зануление электрооборудования

Зануление применяется для защиты людей от поражения электрическим током при замыкании фазы на корпус в 3-х фазных 4-х проводных сетях с глухозаземленной нейтралью источника тока напряжением до 1000 В.

При занулении оборудования (рис. 5.13) корпус оборудования 1 при помощи токопровода 2 соединяют с нулевым защитным проводником 3 (Н.3.П)

Рис. 5.13. Зануление электрооборудования

Защита от поражения током при занулении оборудования осуществляется в момент замыкания фазы на корпус одновременно двумя защитными действиями:

–снижением напряжения на корпусе относительно земли (Uк.з.) в 4 раза, то есть напряжение прикосновения снижается в четыре раза, так как

Uпр = Uк-з = Uф / 4;

– превращением тока однофазного замыкания ( Ι(з1) ) вследствие малого сопротивления нулевого защитного проводника (обычно ZH ≈ 0,1 – 0,2 Ом) в

139

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ток однофазного короткого замыкания ( Ι(к1.)з ), который возрастает в несколько

раз или на несколько порядков, что приводит к надежному срабатыванию максимальной токовой защиты (МТЗ) и отключению поврежденной установки за допустимое время (τ) в зависимости от величины напряжения прикосновения

(см. табл. 2).

Кроме заземления нулевой точки источника питания нулевой защитный проводник заземляют повторно (Rп) через каждые 500 м (рис. 5.13), а также при вводе в производственные и общественные здания.

Корпуса оборудования соединяют с нулевым защитным проводником, расположенным в распределительных электрических щитах, при помощи специальных проводов (изолированных или голых), заземляющих жил кабелей или металлических труб, в которых находятся провода или кабеля для подвода энергии к электроустановке. Иногда в цехе прокладывают заземляющую магистральную шину (как при защитном заземление), которую в распределительном пункте присоединяют к нулевой точке источника и ее заземлителю. Корпуса оборудования к заземляющей шине присоединяют точно также, как при защитном заземлении.

При занулении оборудования с помощью проводников на их концы надевают (запрессовывают) наконечники из латунных гильз.

Наконечники проводников при помощи болтов с гайками и пружинными шайбами присоединяют к корпусу оборудования и нулевому проводнику (нулевой точке источника), находящемуся в электрическом распределительном пункте (РП) или щите (РЩ).

Минимальные размеры медных и алюминиевых проводников по механической прочности для зануления оборудования приведены в таблице 3.

Таблица 3

Минимальные размеры проводников для зануления оборудования

Заземляющие проводники для присоединения повторных заземлителей к нулевому защитному проводнику нужно выбирать по условию длительного допустимого тока, но не менее чем для 25 А.

140

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com