Электробезопастность. Программа обследования состояния техники безопасности при эксплуатации элект роустановок потребителей
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
сопротивление заземляющего устройства в сети до I кВ с изолиро- ванной нейтралью не должно превышать 4 Ом, а при мощности питающего трансформатора 100 кВА и менее - 10 Ом. Для заземления в первую очередь используют естественные заземлите- ли, то есть находящиеся в соприкосновении с землёй электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного и другого назначения. Использование протяжённых и разветвлённых естественных заземлителей позволяет снизить сопротивление заземляющего устройства, а также способствует выравниванию потенциала. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение всех требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители (специально выполненные для целей заземления) мож- но не сооружать. Как уже сказано, зануление применяется в электроустановках до I кВ с глухозаземлённой нейтралью (сети типа TN). Из рис. 14-6 видно, что в момент замыкания фазы на корпус образует- ся петля «фаза-нуль»: начало фазной обмотки трансформатора - фазный провод - место пробоя изоляции - провод РЕ-провод PEN-нейтраль трансформатора. Таким образом, зануление превра- щает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание (к.з.). Под действием тока к.з. сра- батывает защита (предохранитель, автоматический выключатель), и поврежденная часть уста- новки отключается от питающей сети. Чем быстрее произойдёт отключение, тем эффективнее защитное действие зануления: пока повреждённая часть установки остаётся под напряжением, прикосновение ко всем занулённым корпусам электрооборудования (в том числе исправного) 42 опасно. Для уменьшения этой опасности выполняют повторное заземление нулевого провода: ту же роль играет присоединение зануленных корпусов к заземлителю, однако полностью устранить опасность электропоражения такими мерами не удаётся. В соответствии с требованиями ПУЭ в сети напряжением 380 В сопротивление повторного заземления нулевого провода не должно пре- вышать 30 Ом. Для быстрого и надёжного отключения поврежденной части электроустановки нужно, чтобы ток к.з. имел достаточную величину, а для этого сопротивление петли «фаза-нуль» должно быть малым. Другими словами, проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть вы- брана такой, чтобы при замыкании на корпус возникал ток к.з., превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток ближайшей плавкой вставки. Как сказано выше, сети переменного тока напряжением до I кВ с глухозаземлённой нейтра- лью и занулением электроприёмников (сети типа TN) имеют три разновидности: TN-C, TN-C-S и TN-S (см. рис.13). В этих сетях используются три наименования нулевых проводников: нулевой рабочий (N), нулевой защитный (РЕ) и совмещённый нулевой рабочий и защитный (PEN). В схе- ме сети имеется характерная точка, где PEN - проводник разветвляется на N- и РЕ - проводники. Положение этой точки в конечном счёте определяет параметры и свойства указанных типов сетей: количество и наименование проводов в наружной электропроводке (в питающей линии), во внутренней электропроводке (в групповых линиях) как в однофазной, так и в трёхфазной сети. Основные характеристики сетей с занулением представлены в таблице 2. Таблица 2 Тип се- ти Количество фаз Наружная проводка (питающая линия) Внутренняя проводка (групповые линии) Положение точ- ки разветвления ну левых прово- дов Кол- во прово- дов Наименова- ние прово- дов Кол-во прово- дов Наименова- ние проводов 1 2 3 4 5 6 7 TN-C однофазная 2 L, PEN 2 L, PEN на вводе в элек- троприёмник трехфазная 4 L l , L 2 ,L 3 ,PEN 4 L 1 , L 2 , L 3 , PEN TN-C-S однофазная 2 L, PEN 3 L, N, PE на вводе в зда- ние (объект) трехфазная 4 L 1 L 2 , L 3 , PEN 5 L 1 , L 2 , L 3 , N, PE TN-S однофазная 3 L, N, PE 3 L, N, PE на подстанции в нейтрали транс- форматора трёхфазная 5 L 1 L 2 , L 3 , N, PE 5 L 1 , L 2 , L 3 , N, PE Разновидности системы TN (см. рис.13 и таблицу 2) различаются между собой уровнем без- опасности, который в свою очередь зависит от вероятности обрыва PEN-проводника. При такой неисправности в системах TN-C и TN-C-S имеет место вынос потенциала фазы на все занулённые металлические корпуса электроприёмников, подключенных после точки обрыва по ходу энергии, по цепи: фаза - рабочая обмотка электроприёмника - нулевой рабочий проводник - точка соеди- нения нулевых рабочего и защитного проводников - нулевой защитный проводник - корпус. Наибольшей вероятностью обрыва PEN - проводника характеризуется система TN-C, где этот об- рыв может произойти как в питающей линии (особенно, если она воздушная), так и во внутрен- ней электропроводке. Система TN-C-S обеспечивает более высокий уровень безопасности т.к. 43 обрыв может произойти практически только в питающей линии. Однако переход к системе TN-C- S требует дополнительных затрат: групповые линии внутренней проводки выполняются не двух-, а трёхпроводными. Наибольшей степенью безопасности характеризуется система TN-S, где PEN - проводник отсутствует, а значит, рассматриваемая неисправность исключена. Однако это достигается существенным увеличением затрат, т.к. в питающей линии по всей её длине от подстанции до потребителя необходимо иметь нулевой защитный проводник (РЕ), то есть питающая линия в системе TN-S имеет на один провод больше, чем в системах TN-C и TN- C-S. На практике должны чётко соблюдаться указанные выше области применения защитного за- земления и зануления. Недопустимо применение зануления в сети с изолированной нейтралью, равно как и защитного заземления (без соединения металлических корпусов с нулевым прово- дом) в сети с глухозаземленной нейтралью (сеть типа ТТ). Нарушение этого требования может привести к поражению электрическим током. Действительно, если в сети с изолированной нейтралью применить зануление, то в случае однофазного замыкания на землю нейтраль, а сле- довательно, всё занулённое оборудование приобретает по отношению к земле потенциал фазы. Человек, касаясь совершенно исправного оборудования попадает под фазное напряжение. Опас- ность усугубляется тем, что при отсутствии специальной защиты режим однофазного замыкания на землю может существовать длительное время. По этой причине сеть типа IN (то есть сеть с изолированной нейтралью и занулением) вовсе не предусмотрена комплексом стандартов ГОСТ Р 50571 как недопустимая к применению. Наоборот, если в сети с глухозаземлённой нейтралью вместо зануления выполнить защитное заземление, то есть применить сеть ТТ, то при замыкании на корпус фазное напряжение распре- делится между последовательно включёнными заземлителем корпуса электроприёмника и зазем- лителем нейтрали трансформатора пропорционально их сопротивлениям. При этом возникает ре- альная угроза электропоражения у потребителя или на подстанции, тем более что указанный ава- рийный режим может существовать длительное время, ибо ток, проходящий через последова- тельно соединённые сопротивления заземлителей корпуса и нейтрали, может быть недостаточ- ным для срабатывания защиты электроприёмника, По указанной причине ПУЭ запрещает приме- нение сети типа ТТ (и. 1.7.39). В то же время комплекс стандартов ГОСТ Р 50571 рассматривает сеть ТТ как одну из имею- щих право на существование. Более того, ГОСТ Р 50669-94 «Электроснабжение и электробез- опасность мобильных (инвентарных) зданий из металла или с металлическими каркасами для уличной торговли или бытового обслуживания населения» предписывает применение для элек- троснабжения упомянутых зданий именно системы ТТ как основной и лишь допускает приме- нение системы TN-S. Тем самым считается, что первая обеспечивает более высокий уровень электробезопасности, чем вторая. Таким образом, возникает противоречие между требованиями ПУЭ И новых российских стандартов ГОСТ Р. Однако необходимо учесть, что ГОСТ Р 50669-94 требует обязательного применения в зданиях из металла устройства защитного отключения (УЗО), а сеть ТТ в совокупности с УЗО обеспечивает высокий уровень электробезопасности при меньших материальных затратах, чем сеть TN-S. Поэтому противоречие между указанными нор- мативными документами может быть снято путём внесения в них чёткого указания о том, что сеть ТТ может применяться только в совокупности с УЗО. 4.2. Выравнивание потенциалов При пробое изоляции на корпус, присоединённый к заземлителю, обрыве и падении провода на землю потенциалы точек земной поверхности (токопроводящего пола) вблизи от заземлителя приобретают повышенное значение (см. рис.15). Наибольший потенциал, равный потенциалу за- 44 землителя φ 3 , имеет точка земли, расположенная точно над заземлителем. При удалении от за- землителя в любую сторону потенциалы точек земли снижаются по гиперболическому закону. Можно считать, что на расстоянии более 20 м от заземлителя зона растекания заканчивается, то есть потенциалы точек земли имеют нулевое значение. Человек, находящийся в зоне растекания, может попасть под напряжение шага. Напряжение шага (Um)- это разность потенциалов между двумя точками земли, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8м), на которых одновременно стоит человек. Из рис.15 видно, что вели- чина Um зависит от: - ширины шага: чем она больше, тем больше Um; - расстояния от человека до заземлителя: при удалении от заземлителя U ш уменьшается, об- ращаясь в нуль за пределами зоны растекания; - величины потенциала заземлителя: чем больше φ 3 , тем больше U ш Опасность воздействия напряжения шага состоит в том, что ток, протекая по пути «нога- нога», вызывает судороги мышц, что может привести к падению человека на землю. При этом возникает более опасная для человека петля тока, а также увеличивается расстояние между точ- ками земли, которых он будет касаться. Индивидуальными средствами защиты от напряжения шага в установках выше 1000 В являются диэлектрические боты, а до 1000 В - диэлектрические галоши. Коллективным средством защиты является выравнивание потенциалов. Человек, который стоит на земле и касается оказавшегося под напряжением заземлённого корпуса (см. рис.15), подвергается действию напряжения прикосновения. Напряжение прикосно- вения (Unp) - это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых од- новременно касается человек. Практически - это разность потенциалов руки φ р и ноги φ н челове- ка. На рис.15 изображены два заземлённых электроприёмника, один из которых (I) расположен вблизи от заземлителя, а другой (2) вдали (в зоне нулевого потенциала). Потенциал руки челове- ка в обоих случаях равен потенциалу заземлителя, поэтому напряжение прикосновения опреде- ляем величиной потенциала ноги. Когда человек стоит точно над заземлителем, его рука и нога находятся под одним и тем же потенциалом φ р =φ н =φ з следовательно, U пр =φ р -φ н =0, и человек не подвергается опасности, По мере удаления от заземлителя потенциал ноги уменьшается и раз- ность φ р -φ н =U пр возрастает. Напряжение прикосновения имеет наибольшее значение в зоне нуле- вого потенциала, где φ н =0, а U пр =φ н . В этом случае человек подвергается наибольшей опасности. Рассмотренное явление называется выносом потенциала и заключается в том, что заземлённое оборудование расположено слишком далеко от заземлителя. В качестве коллективного средства защиты от напряжения шага и прикосновения применяет- ся выравнивание потенциала (рис 16). Заземляющее устройство выполняется не в виде одного 45 заземлителя, а состоит из совокупности вертикальных и горизонтальных металлических электро- дов, соединённых между собой и рассредоточенных по всей площади (или по контуру) пола ра- бочей зоны. При небольших расстояниях между элементами контура заземления потенциалы внутри него между отдельными точками выравниваются. Однако по краям контура за пределами заземляющего устройства может иметь место крутой спад потенциальной кривой и опасные зна- чения напряжений шага и прикосновения. Поэтому все заземляемое (зануляемое) электрообору- дование должно быть установлено внутри контура, в пределах пространства, ограниченного крайними электродами. По краям контура, за его пределами (особенно в местах проходов и про- ездов) укладываются в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, что уменьшает крутизну спадания потенциала, а значит, напряжения шага и прикосновения (рис. 16- б). ГОСТ 12.1.009-76 определяет выравнивание потенциала как метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек. Выравнивание потенциала как самостоятельный способ защиты не применяется, оно является дополнением к защитному за- землению (занулению). Требования к конструкции и параметры устройств защитного заземления, зануления и вы- равнивания потенциалов содержатся в ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное зазем- ление. Зануление» и в ПУЭ, гл. 1.7. 4.3. Система защитных проводов В сети до 1 кВ с изолированной нейтралью может применяться система защитных проводов, при которой корпуса электоприёмников электрически соединяются между собой, а также с ме- 46 таллическими трубопроводами, оболочками кабелей, металлическими конструкциями зданий и другими заземлителями. Такая мера защиты получила распространение в странах восточной Ев- ропы (страны бывшего СЭВ). В нашей стране она применяется в передвижной энергетике, когда источник питания и потребители располагаются на транспортных средствах. 4.4. Изоляция нетоковедущих частей В отдельных обоснованных случаях, когда другие способы и средства неприменимы или ма- лоэффективны, защита от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, может осуществляться путём покрытия этих частей изоляционными материалами (лаками, плёнками). 4.5. Совместное применение отдельных видов защиты Рассмотренные выше технические способы и средства защиты могут применяться как раз- дельно, так и в определённых сочетаниях одно с другим, что может существенно повысить элек- тробезопасность. Сказанное иллюстрируется классами электротехнических устройств по спосо- бам защиты от поражения электрическим током (таблица 3). Таблица 3 Класс защиты Характеристика изделия Способы (средства) защиты от поражения электрическим то- ком 1 2 3 0 Изделия, имеющие рабочую изоляцию и не имеющие элементов для заземления. Рабочая изоляция 01 Изделия, имеющие рабочую изоляцию, эле- мент для заземления и провод без заземляю- щей жилы для присоединения к источнику питания а) Рабочая изоляция б) Защитное заземление (за- нуление) I Изделия, имеющие рабочую изоляцию и эле- мент для заземления. Провод для присоедине- ния к источнику питания имеет заземляющую жилу и вилку с заземляющим контактом. а) Рабочая изоляция. б) Защитное заземление (за- нуление) П Изделия, имеющие двойную или усиленную изоляцию. Двойная (усиленная) изоля- ция III Изделия, не имеющие ни внутренних, ни внешних электрических цепей с напряжени- ем выше 50 В. Изделия, получающие пита- ние от внешнего источника, должны присо- единяться непосредственно к источнику пи- тания с напряжением не выше 50 В. При ис- пользовании в качестве источника питания трансформатора или преобразователя его входная и выходная обмотки не должны быть электрически связаны и между ними должна быть двойная или усиленная изоля- ция а) Рабочая изоляция б) Малое напряжение в) Электрическое разделение сети 47 Таблица 3 соответствует ГОСТ 12.2.007 - 75 «Изделия электротехнические. Требования без- опасности». Указанные классы защиты относятся к переносным или передвижным электропри- ёмникам, подключённым к сети через штепсельные разъёмы (розетки). В таблице 3 не упомина- ются УЗО как средства электрозащиты, так как они лишь недавно начали внедряться в практику эксплуатации в нашей стране. Между тем защитные свойства любого из рассмотренных классов могут быть существенно повышены путём их сочетания с УЗО. Устройства защитного отключения могут устанавливаться на вводе в объект (здание). При этом в зону действия УЗО входят все сети и потребители данного объекта. Другой вариант уста- новки УЗО - на групповых линиях, питающих штепсельные розетки (разъёмы). И, наконец, могут применяться УЗО - вилки, с помощью которых потребители могут подключаться к сети. В зави- симости от конструкции УЗО - вилки (двух- или трех контактная) она может включаться в соот- ветствующую розетку двух- или трёхпроводной групповой линии (см. таблицу 4). Таблица 4 Групповая линия Класс за- щиты Способ защиты Уровень электробез- опасности Двухпроводная (L.N) 0 Рабочая изоляция I Трёхпроводная (L, N, PE) I а) Рабочая изоляция б) Зануление 6,5 Двухпроводная (L, N) 0 а) Рабочая изоляция б) УЗО 167 Трёхпроводная (L, N, РЕ) I а) Рабочая изоляция б) Зануление в) УЗО 1075 Двухпроводные групповые линии имеют место в существующем фонде жилых и обществен- ных зданий; они характеризуются низким уровнем электобезопасности, условно принятым за I (см. табл. 4). Во вновь строящихся, реконструируемых, капитально ремонтируемых зданиях должны применяться трёхпроводные групповые линии. Переход от двух - к трёхпроводным групповым линиям, т. е. применение зануления, повышает уровень безопасности в 6,5 раз. При- менение УЗО в двухпроводных линиях повышает электробезопасность в 167 раз, а в трёхпровод- ных - в 1075 раз. Приведённые данные получены А.И. Якобсом расчётным путём; в качестве электроприём- ника рассматривался бытовой холодильник (морозильник). При использовании УЗО стационарного исполнения совместно с занулением необходимо, чтобы точка разветвления PEN - проводника на N - и РЕ -проводники находились до УЗО по ходу энергии, а в зоне действия УЗО нулевой рабочий проводник N был надёжно изолирован от РЕ - проводника, от металлических корпусов электроприёмников и от земли Выполнение этих усло- вий означает применение УЗО в системе TN-C-S или TN-S (рис.17-а). В этом случае при замыка- нии на корпус ток однофазного к. з. пройдёт через УЗО только в прямом направлении, а обрат- ный ток замкнётся по проводу РЕ, минуя УЗО. Последнее сработает, то есть осуществит защиту от косвенных прикосновений. При этом УЗО и зануление резервируют друг друга. Если точка разветвления нулевых проводов окажется после УЗО, что соответствует сети типа TN-C- (рис. 17-6), то при замыкании на корпус ток к. з. пройдёт через УЗО дважды - в прямом и обратном направлениях, и УЗО не сработает. В этом случае эффективность защиты от косвенных прикосновений будет зависеть только от работоспособности зануления. Поэтому применение 48 УЗО в сети типа TN-C следует считать неправильным. Заметим, что при использовании УЗО - вилки указанные выше условия работоспособности УЗО выполняются автоматически. Как уже говорилось, система ТТ (защитное заземление электроприёмников в сети с глухоза- землённой нейтралью) не обеспечивает электробезопасности и потому запрещена ПУЭ. В то же время система ТТ, дополненная УЗО (см. рис. 18) предписывается ГОСТ Р 50669-94 как основ- ная для питания мобильных зданий из металла или с металлическим каркасом. Более того, си- стема ТТ с УЗО свободна от недостатков, присущих системе TN: повышенного расхода прово- дов (особенно TN-S) и выноса потенциала на все занулённое оборудование в случае замыкания на корпус в любом из электроприёмников или в случае обрыва PEN - проводника. В системе ТТ с УЗО заземление электроприёмников не является мерой защиты от косвенных прикосновений, а лишь обеспечивает срабатывание УЗО. Поскольку УЗО имеет высокую чувствительность (срабатывает от токов, измеряемых в миллиамперах), заземлитель электроприёмников может иметь значительное сопротивление. Например, при токе срабатывания УЗО, равном 30 мА, со- противление заземлителя должно быть не больше 286 Ом, при этом напряжение прикосновения не превысит 12В. Сооружение такого заземлителя не требует значительных затрат сил, средств и времени. Следует однако иметь в виду, что в случае отсутствия УЗО или его отказа, при за- мыкании на корпус фазное напряжение распределится между заземлителями потребителя (286 Ом) и нейтрали трансформатора (4 Ом - по норме). В рассматриваемом примере всё заземлён- ное оборудование потребителя длительно окажется под напряжением 217 В, что создает опас- ность электропоражения. В этих условиях должны предъявляться повышенные требования к надёжности УЗО |