Способы защиты от вредного воздействия электрического тока.

Существуют различные способы защиты от вредного воздействия электрического тока. Основными из них являются:

- электрическая изоляция токоведущих частей;

- защитное заземление (контурные и выносные заземляющие устройства);

- зануление;

- защитное отключение;

- электрическое разделение цепей;

- блокировочные устройства.

Рассмотрим каждый из этих способов более подробно.

Электрическая изоляция токоведущих частей. Физический смысл изоляции как защитной меры заключается в ограничении тока, протекающего через тело человека. Теоретически надежная и качественная электрическая изоляция может обеспечить 100-процентную электробезопасность. Однако на практике электрическая изоляция может быть разрушена в результате механических повреждений, действия химически активной среды, повышения температуры, неправильной эксплуатации электроустановок. При этом может появиться напряжение на корпусах машин и оборудования, которые в нормальном режиме работы не находятся под напряжением.

Различают рабочую, дополнительную, двойную и усиленную электрическую изоляцию.

Рабочей считают изоляцию токоведущих частей электроустановок, обеспечивающую их нормальную работу и защиту человека от поражения электрическим током.

Дополнительной называют электрическую изоляцию, предусмотренную дополнительно к рабочей для защиты от поражения электрическим током в слу-

чае повреждения рабочей изоляции.

Двойная изоляция состоит из рабочей и дополнительной изоляции, оберегающей человека от металлических нетоковедущих частей, которые могут случайно оказаться под напряжением. Корпуса электрооборудования с двойной изоляцией при работе не заземляют и не зануляют.

Усиленная изоляция обеспечивает такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная.

Качество изоляции характеризуется ее сопротивлением току утечки в соответствии с правилами устройства электроустановок. Ток утечки любого участка сети между двумя предохранителями должен быть не более 1 мА. В частности, в электроустановках с напряжением до 1000 В минимальное сопротивление изоляции силовых и осветительных сетей между любым проводом и землей должно быть не менее 0,5 МОм. При проверке уровня электрической изоляции периодически проводят ее испытание.

Защитное заземление. Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей металлических частей электрооборудования, могущих оказаться под напряжением в результате пробоя изоляции. Защитное заземление – это основное техническое средство защиты, применяемое в сетях с изоли-

рованной нейтралью (рис. 4.7).

При пробое изоляции токоведущих частей на корпусе электроустановки ток замыкания проходит через сопротивление заземления R₃ и сопротивление изоляции неповрежденных фаз. При этом на элементах поврежденного электрооборудования возникает напряжение, пропорциональное току замыкания и сопротивлению растекания его в земле. Уменьшая сопротивление растеканию тока, можно обеспечить снижение напряжения на корпусе электрооборудования при аварийном режиме его работы.

Рис.4.7. Схема защитного заземления

Из рис. 4.7 следует, что корпус установки, в которой произошло замыкание одной из фаз на корпус, соединен с землей через заземляющее устройство с сопротивлением растеканию тока R₃. Параллельно этому сопротивлению в эту цепь включен человек. Ток, протекающий через тело человека, будет равен:

, (4.21.)

где R_ч – сопротивление человека, R₃ – сопротивление заземления, r – сопротивление

изоляции.

Из зависимости (4.21.) следует, что принцип действия защитного заземления заключается в шунтировании человека малым сопротивлением и уменьшении при этом тока, протекающего через его тело.

Так, если сопротивление изоляции r = 10 кОм, напряжение в сети U = 220В, сопротивление человека R_ч = 1 кОм, то при отсутствии заземляющего устройства R₃ ток, проходящий через тело человека, будет равен (4.21):

мА,

что представляет большую опасность для человека.

Если сопротивление заземления R₃= 10 Ом, то из выражения (4.21) следует, что величина тока составит:

мА,

что может вызвать у человека лишь слабое ощущение тока.

В соответствии с действующими правилами защитное заземление применяют во всех электроустановках переменного тока напряжением 380 В и выше и постоянного тока 440 В и более. В помещениях с повышенной опасностью заземляют электроустановки с напряжением переменного тока 42 В и постоянного тока 110 В.

Допускаемые значения сопротивления заземления регламентируются ПУЭ. Для электроустановок напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали сопротивление защитного заземления должно быть не более 4 Ом при мощности трансформатора более 100 кВА и не более 10 Ом при мощности менее 100 кВА.

При эксплуатации электроустановок с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В сопротивление заземлителя, к которому присоединены нейтрали трансформаторов (генераторов), должны быть в любое время года не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В в источниках трехфазного тока или 380, 220 и 127 В в источниках однофазного тока.

Различают контурные и выносные заземляющие устройства.

При контурном заземлении одиночные заземлители располагаются равномерно по периметру площадки, на которой размещено электрооборудование, подлежащее заземлению. Внутри защищаемого контура достигается выравнивание потенциалов земли, что определяет минимальное напряжение прикосновения и шагового напряжения.

Выносное заземляющее устройство размещается за пределами площадки, где установлено подлежащее заземлению оборудование, поэтому выравнивание потенциалов земли и корпусов оборудования достигается в меньшей степени. Выносное заземление применяют при малых токах замыкания на землю в установках напряжением до 1000 В, где потенциал заземления не выше допустимого напряжения прикосновения.

В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные - металлические и железобетонные конструкции зданий.

При выполнении искусственных заземляющих устройств применяют стальной прокат длиной 2,5-3 м (трубы, уголки, полосовая сталь, сталь круглого сечения). Соединение одиночных заземлителей выполняется стальной полосой сечением 4´40 мм или профилем круглого сечения диаметром 6 мм и более.

Занулениесостоит в соединении корпусов токоприемников или другого оборудования, которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, с нулевым проводом. Наиболее распространена область использования зануления в четырех- и пятипроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Защитный эффект зануления заключается в снижении фазного напряжения в аварийном режиме и уменьшении длительности замыкания на корпус, а следовательно, и в сокращении воздействия электрического тока на человека. Практически зануление превращает любое замыкание на корпус в короткое замыкание, при котором срабатывает максимальная токовая защита (предохранитель или автоматический выключатель), отключая электроустановку от сети.

Рассмотрим принцип действия зануления. Будем считать, что сопротивление фазного проводника до места замыкания на корпус равно r_ф, а сопротивление нулевого защитного проводника r_н. Тогда можно записать:

(4.22.)

или:

. (4.23.)

Из выражения (4.23) следует, что ток, проходящий через человека, зависит от соотношения сопротивлений фазного и нулевого защитного проводников. Если принять, что r_ф/r_н = 1, то I_ч = U/2R_ч = 220/2×1000 =110 мА. По критериям электробезопасности такой ток допустим, если время его воздействия не превышает 0,5 с, что должно учитываться при выборе типа максимальной токовой защиты.

Для обеспечения надежного и быстрого отключения поврежденного электрооборудования ток короткого замыкания должен достигать определенного значения, которое в соответствии с (4.24) зависит от сопротивления фазного и нулевого защитного проводников.

Известно также, что время срабатывания токовой защиты определяется отношением тока замыкания I₃ к номинальному току плавкой вставки или автомата I_н.

В соответствии с этим первое требование ПУЭ в отношении зануления состоит в следующем: проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток ближайшей плавкой вставки (автомата).

Второе требование заключается в том, что сопротивление нулевого защитного проводника не должно превышать более чем в 2 раза сопротивление фазного проводника. При выполнении этих требований первое условие почти всегда выполняется автоматически. Поэтому задача организации зануления сводится к правильному выбору сопротивления нулевого проводника.

В сетях с глухозаземленной нейтралью применять только одно защитное заземление нельзя, так как в этом случае не будут выполнены перечисленные выше требования.

Для надежной работы зануления нулевой проводник должен обеспечивать непрерывную цепь от каждого корпуса электроустановки до нейтрали источника. Многократное (повторное) заземление нулевого проводника снижает потенциал зануленных корпусов и напряжение прикосновения в случае обрыва зануления.

У однофазных электроприемников (ручной электроинструмент, светиль-

ники) зануление осуществляется отдельным проводником, которым соединяется корпус с нулевым защитным проводником, он не может одновременно служить проводником для рабочего тока, так как при обрыве рабочего нулевого проводника (перегорании предохранителя) все подсоединенные к нему корпуса окажутся под фазным напряжением.

При обеспечении непрерывности цепи зануления запрещается устанавливать в нулевой защитный проводник плавкие вставки или выключатели. Исключение допускается только в том случае, когда выключатель одновременно с отключением нулевого провода отключает все провода, находящиеся под напряжением.

Защитное отключение - это система быстродействующей защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током. В отличие от других видов защит, где электробезопасность обеспечивается снижением величины тока, проходящего через человека, или уменьшением напряжения прикосновения, здесь защита осуществляется снижением времени воздействия электрического тока на человека. Эффективность систем защитного отключения определяется их быстродействием, поскольку при малой длительности воздействия тока на человека его допустимые значения резко возрастают.

Защитное отключение применяют как самостоятельную защитную меру, так и одновременно с защитным заземлением или занулением. Независимо от схемы принцип работы устройства защитного отключения (УЗО) заключается в постоянном контроле некоторой входной величины, связанной с параметрами электробезопасности, сравнении ее с нормативной и - при превышении входным сигналом нормативного отключении контролируемой установки от сети. Основными частями защитного отключения являются прибор защитного отключения, реагирующий на изменение соответствующего параметра, и автоматический выключатель, отключающий электрическую сеть при поступлении сигнала от прибора защитного отключения.

Основными требованиями, которые предъявляются к УЗО, являются чувствительность и время срабатывания. Под чувствительностью, или уставкой срабатывания, понимается ток, проходящий через тело человека, при котором происходит срабатывание устройства. Для улучшения защитных функций УЗО стремятся снизить уставку срабатывания, доведя ее до значения неотпускающего тока. А время срабатывания УЗО не должно превышать 0,2 с.

Электрическое разделение сети – это её разделение на отдельные, не связанные между собой участки. Эту функцию выполняют разделительные трансформаторы, которые изолируют электроприемники от общей сети и, следовательно, предотвращают воздействие на них возникающих в сети токов утечки, емкостных проводимостей, замыканий на землю, последствий повреждений изоляции, т.е. исключают факторы, повышающие вероятность злектротравматизма.

Защитное разделение сетей обычно используют в электроустановках напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связана с особой и повышенной

Опасностью (передвижные электроустановки, электрический аварийно-спаса-

тельный инструмент и т.д.).

Обязательным требованием при разделении сетей является использование только одного электроприемника с номинальным током плавкой вставки или расцепителя автомата на первичной стороне не более 15 А. Заземление вторичной обмотки разделяющего трансформатора в зависимости от режима нейтрали заземляется или зануляется. Заземления корпуса токоприемника, присоединенного к такому трансформатору, не требуется.

При пробое изоляции в токоприемнике и прикосновении человека к корпусу через него пойдет ток, определяемый напряжением сети, деленным на сопротивление Х_с®∞, то есть ток, проходящий через человека, будет мал и не вызовет никаких ощущений.

Защитное действие блокировок заключается в том, что они не допускают ошибок персонала при работе на электроустановках. Как правило, блокировки представляют собой устройства, которые допускают только определенный порядок включения (отключения) механизма, исключая тем самым попадание человека в зону, где возможно прикосновение к токоведущим частям. Так, блокировки, установленные между разъединителями и выключателями, устраняют возможность отключения разъединителя при наличии токов нагрузки в отключаемой сети. При установке на дверь в распределительное устройство напряжением 1000 В электромагнитного замка исключается попадание внутрь человека при наличии напряжения.

Наибольшее распространение блокировки нашли в электроустановках напряжением 6 и 10 кВ, требующих соблюдения повышенных условий электробезопасности, в электрооборудовании, расположенном в помещениях, доступных для неспециалистов.