Анализ электробезопасности сетей типа TN-C

 

Содержание:

1. Анализ электробезопасности сетей типа TN-C………………………….3
2. Защитные меры в электроустановках……………………………………8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Анализ электробезопасности сетей типа TN-C

Для трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ типа TN-C (рис.1) значения тока, протекающего через тело человека и напряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети и не зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли.

Рис.1. Однофазное прямое прикосновение в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при нормальном режиме работы

Действительно, проводимости фазного и нулевого проводников относительно земли по сравнению с U0 =1/R0 проводимостью заземления нейтрали малы (UL1 , UL2 , UL3 <<U0 ). При этом выражение для тока, протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы сети TN-C (рис.1) , принимает вид:

где R0 - сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется из уравнения:

Так как обычно R0 0 << Rh , то можно считать, что человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение сети.

Рис.2. Прикосновение к исправному проводу в сети с заземленнойной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме , когда один из фазных проводов сети, например, провод L 2 (рис.2), замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление Rзм , а человек прикасается к исправному фазному проводу, уравнение имеет следующий вид:

Здесь учтено, что YL1, UL2 и UPEN малы по сравнению с U0 , а UL3 – по сравнению с U0 и Uзм , т.е. ими можно пренебречь и считать равными нулю.

С учетом того, что

; ; , ,

напряжение прикосновения в действительной форме имеет вид

.

Учитывая, что

,

предыдущее выражение можно записать как

При этом выражение для определения тока через тело человека имеет вид

 

Рассмотрим два характерных случая.

1. Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю Rзм равно нулю, то напряжение прикосновения

Следовательно, в данном случае человек окажется практически под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивления заземления нейтрали R0 , то

,

т.е. напряжение под которым окажется человек, будет практически равно фазному напряжению.

Однако в реальных условиях сопротивления Rзм и R0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. напряжение прикосновения Uh всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть

С учетом того, что всегда Rзм > R0 ,напряжение прикосновения Uhв большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что менее опасно для человека.

Рис.3. Прикосновение к неисправному проводу в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы

При аварийном режиме работы сети типа TN-C, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю (рис.3; человек касается фазного провода L3) ток через тело человека будет определяться, также, как и в сети типа IT, падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю R ЗМ:

где I ЗМ - ток замыкания на землю; a1, a2 - коэффициенты напряжения прикосновения.

При a1= a2=1

Ток замыкания на землю в сети TN-C зависит только от сопротивления растеканию тока R ЗМ, сопротивления заземления нейтрали R0 и сопротивления тела человека Rh . Если принять во внимание, что обычно R ЗМ<< Rh , то

В этом случае напряжение прикосновения лишь незначительно отличается от значения фазного напряжения.

Таким образом, прикосновение к неисправному фазному проводу (замкнувшемуся на землю) в сети TN-C практически также опасно, как к исправному. Значение тока, протекающего через тело человека, в этом случае почти такое же, как при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы в сети TN-C.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1. Наименее опасным является  однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью.

2. При замыкании одной из фаз  на землю опасность однофазного  прикосновения к исправной фазе  больше, чем в исправной сети  при любом режиме нейтрали.

3. Наиболее опасным является  двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Защитные меры в электроустановках.

При проектировании электротехнической части промышленного предприятия решаются вопросы защитных мер электробезопасности для обслуживающего персонала, т.е. принимаются меры для защиты людей от поражения электрическим током. Для правильного решения, какие конкретно защитные меры электробезопасности должны быть приняты для электроустановок в зданиях и наружных электроустановок промышленного предприятия необходимо:

1. Определить все помещения здания согласно ПУЭ, главе 1.1 в отношении опасности поражения людей электрическим током:

1) помещения без повышенной  опасности;

2) помещения с повышенной опасностью;

3) особо опасные помещения;

4) наличие наружных электроустановок;

5) наличие взрывоопасных  зон в помещениях и в наружных  электроустановках.

2. Знать, какие электроустановки  и электрические сети (режимы  нейтралей и величины токов  замыкания на землю) имеются в здании, так как в зависимости от этого определяются конкретные меры электробезопасности, которые надо принимать, а именно:

1) электроустановки до 1 кВ, сеть с изолированной нейтралью;

2) электроустановки до 1 кВ, сеть с глухозаземленной нейтралью;

3) электроустановки выше 1 кВ, сеть с изолированной нейтралью;

4) электроустановки выше 1 кВ, сеть с эффективно заземленной  нейтралью.

3. Для здания, в котором  размещено распределительное устройство (РУ) 6-10 кВ, принимающее электроэнергию  от ГПП на промышленное предприятие, или расположены трансформаторные подстанции, принимающие непосредственно электроэнергию на промышленное предприятие, выяснить какую электрическую сеть имеет электроустановка выше 1 кВ ГПП от которой подается питание. Если на ГПП установлены трансформаторы с обмотками на первичной стороне 110 или 220 кВ и сеть с эффективно заземленной нейтралью, то необходимо знать, имеется ли металлическая связь между ГПП и зданием, принимающим от ГПП электроэнергию.

Такая связь может быть:

1) через металлические оболочку и броню питающих кабелей;

2) через металлические  трубопроводы различного назначения;

3) через кабельные конструкции  по которым проложены питающие  кабели.

Через металлические связи будут соединены заземляющие устройства ГПП и здания, принимающего электроэнергию, и может быть вынос высокого потенциала в здание промышленного предприятия на время срабатывания защиты от однофазных КЗ на землю в сети 110 или 220 кВ ГПП.

4. Вынос потенциала - распространение  за пределы электроустановки по естественным или искусственным заземлителям или по заземляющим проводникам напряжения относительно зоны нулевого потенциала, при котором возможное напряжение прикосновения превышает допустимые значения по ГОСТ 12.1.038-82. "Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов".

Зона нулевого потенциала - зона земли, расположенная за пределами зоны растекания тока замыкания на землю, в которой электрический потенциал, обусловленный током замыкания на землю условно принят равным нулю.

5. Если возможен вынос  высокого потенциала в здание  промышленной установки необходимы  меры по его выравниванию снаружи этого здания. Внутри здания выравнивание потенциалов обеспечивается наличием разветвленной сети заземления и зануления, а также большого числа электрически связанных между собой и с сетью заземления и зануления металлических частей строительного и производственного назначения, трубопроводов и т.д. Чем более насыщено здание оборудованием, тем эффективнее осуществляется выравнивание потенциалов.

Если даже исключен вынос потенциала с заземляющего устройства ГПП с эффективно заземленной нейтралью, но расстояние между заземлителями здания промышленного предприятия и заземлителями ГПП менее 20 м (см. п. 6.1 Рекомендаций) надо предусматривать выравнивание потенциалов (заземлители здания промышленного предприятия подвержены влиянию заземляющего устройства ГПП).

 

 

 

 Возможные защитные меры электробезопасности:

1) заземление (зануление)

2) выравнивание потенциалов;

3) защитное отключение;

4) разделяющий трансформатор (защитное разделение сети);

5) двойная или усиленная изоляция:

6) малое напряжение.

 

4. Основными защитными мерами электробезопасности на промышленных предприятиях является заземление или зануление корпусов электрооборудования, выравнивание и уравнивание потенциалов.

5. Заземление или зануление  корпусов электрооборудования следует  выполнять:

- В помещениях без повышенной опасности - при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока.

- В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных электроустановках - при напряжении выше 42 В переменного тока и выше 110 В постоянного тока.

- Во взрывоопасных зонах в помещениях и в наружных электроустановках - при всех напряжениях переменного и постоянного тока.

- В пожароопасных зонах всех классов в помещениях - с учетом классификации помещения в отношении опасности поражения электрическим током по п. 1.2.1. Рекомендаций в котором находится пожароопасная зона.

- В пожароопасных зонах наружных электроустановок согласно п. 1.5.2. Рекомендаций.

6. Для электроустановок до 1 кВ в сети с изолированной нейтралью, а также для электроустановок выше 1 кВ в сети с изолированной нейтралью, в качестве защитной меры электробезопасности принимается защитное заземление, т.е. преднамеренное соединение с землей корпусов электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением.

Назначение защитного заземления - создание преднамеренного соединения (заземляющего устройства) с такой величиной сопротивления между корпусом электрооборудования и землей, при котором через тело человека при его прикосновении к корпусу электрооборудования, оказавшемуся под напряжением, будет проходить ток, не угрожающий жизни и здоровью человека (человек присоединяется к соединению параллельно).

7. Для электроустановок  до 1 кВ в сети с глухозаземленной нейтралью в качестве защитной меры электробезопасности применяется зануление, т.е. преднамеренное соединение корпусов электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора.

Назначение зануления - при замыкании поврежденной фазы на корпус электрооборудования или на нулевой защитный проводник создать ток однофазного КЗ такой величины, который будет автоматически отключаться аппаратом защиты, установленном в голове аварийного участка. Цепь для КЗ: петля фаза электроприемника - нуль трансформатора.

8. Заземляющее устройство - совокупность конструктивно объединенных (электрически) заземлителей и заземляющих  проводников.

9. Заземлители - проводники, электрически соединенные между собой, находящиеся непосредственно в соприкосновении с землей (создают электрическое соединение с землей).

10. Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземлители  с заземляемыми частями электроустановки.

В сетях до 1 кВ с изолированной нейтралью и в сетях выше 1 кВ с изолированной нейтралью - заземляющие проводники.

В сетях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью - нулевые защитные проводники. Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

12. Изолированная нейтраль  трансформатора - нейтраль не присоединенная  к заземляющему устройству (обмотка, соединенная в треугольник) или присоединенная к нему через устройства, имеющие большое сопротивление (обмотка, соединенная в звезду).

13. Глухозаземленная нейтраль  трансформатора - нейтраль присоединенная  к заземляющему устройству непосредственно  или через малое сопротивление, например, через трансформаторы тока (обмотка, соединенная в звезду или зигзаг).

14. При невозможности выполнения  заземления или зануления, удовлетворяющих  гл. 1.7. ПУЭ, или если это представляет значительные трудности по технологическим причинам, допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок.

Изолирующие площадки должны быть выполнены таким образом, чтобы прикосновение к токоведущим частям, а также к корпусам электрооборудования было возможно только с площадки. При этом должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к выше указанным частям электрооборудования и металлическим частям зданий, сооружений, оборудования, трубопроводам, не относящихся к электроустановкам.

15. Защитное отключение, разделяющий  трансформатор, двойная или усиленная  изоляция, малое напряжение, могут  быть применены в любой электроустановке  до 1 кВ, как правило, для отдельных  электроприемников или участков электроустановки, с учетом класса применяемых электрических изделий в электроустановке по способу защиты людей от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0-75.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Защитное отключение

1. Устройство защитного  отключения - быстродействующая защита (0,1-0,2 с), обеспечивающая автоматическое  отключение электроустановки с любым режимом нейтрали (аварийного участка или сети в целом) при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током (замыкание на корпус, непосредственно на землю, снижение уровня изоляции ниже определенного значения) при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.

Устройство защитного отключения должно обеспечивать безопасное для человека сочетание величины тока и времени его протекания, т.е. предельно допустимые уровни напряжения прикосновения по ГОСТ 12.1.038-82.

2. Устройство защитного  отключения рекомендуется в качестве  основной или дополнительной  меры к заземлению или занулению  для случаев, когда безопасность не может быть обеспечена путем выполнения заземления или зануления или когда выполнение заземления или зануления вызывает трудности по условиям сооружения его или по экономическим соображениям. Оно особенно необходимо в условиях, неблагоприятных с точки зрения возможности поражения электрическим током (шахты, рудники), а также для электроустановок к которым предъявляются повышенные требования к электробезопасности (переносный ручной инструмент).

3. Не допускается применение  устройства защитного отключения, в зону защиты которого попадают электроприемники, внезапное отключение которых может приводить к возникновению ситуаций, опасных для обслуживающего персонала, а также обеспечивающие непрерывный технологический процесс.

4. Устройство защитного отключения рекомендуется во взрывоопасных зонах классов В-1, В-1а и В-П. Кроме того, защитное отключение применяется: в передвижных электроустановках; для защиты электрофицированного инструмента; в электроустановках с глухозаземленной нейтралью для удаленных электроприемников большой мощности, для которых нельзя обеспечить требуемую кратность тока однофазного КЗ к току трогания защитного аппарата, установленного в голове электроприемника.

5. При использовании устройства  защитного отключения для защиты участка сети с переносными или передвижными электроприемниками в зону защиты должен входить кабель, используемый для электроснабжения указанных переносных пли передвижных электроприемников.

6. В зоне действия устройства  защитного отключения корпуса  электрооборудования классов 01 и 1 по ГОСТ 12.2.007.0-75х) ССБТ "Изделия электротехнические. Общие требования безопасности." и металлические нетоковедущие части, доступные прикосновению человека, должны быть заземлены (присоединены к общему заземлителю). Если в зоне защиты устройства защитного отключения находится несколько электроприемников, рекомендуется их корпуса подключать к общему заземлителю.

7. Наибольшее значение  сопротивления заземлителя к  которому подключены корпуса  электрооборудования и металлические  нетоковедущие части не должно  превышать частного от деления  напряжения, равного 36 В (ГОСТ 12.1.038-82) на 1,4 от уставки устройства защитного отключения по току утечки в амперах. Коэффициент 1,4 - наибольшее допустимое отклонение уставки. Таким заземлителем может быть любой естественный заземлитель, удовлетворяющий указанным условиям.

8. В четырехпроводных  сетях до 1 кВ с глухозаземленной  нейтралью корпуса электрооборудования  могут быть присоединены к  нулевому рабочему или защитному  проводнику перед устройством защитного отключения по направлению распределения энергии в случае отсутствия отдельного заземлителя в зоне действия устройства защитного отключения.

Разделяющие трансформаторы.

1. Разделяющий трансформатор - это специальный трансформатор с напряжением вторичной обмотки не выше 400 В, предназначенный для защитного отделения сети электроприемника от первичной электрической сети (питающей сети) и сети заземления (зануления) и тем самым изолировать электроприемник от имеющихся в первичной сети утечек, емкости, т.е. условий, вызывающих повышенную опасность для людей.

2. К конструкциям разделяющих  трансформаторов предъявляются  повышенные требования, чтобы исключить  повреждение изоляции внутри  трансформатора с переходом напряжения  первичной стороны на вторичную т.е. в цепь, питающую электроприемник.

3. Вторичная обмотка разделяющего  трансформатора и корпус электроприемника  не должны иметь заземления, вторичная  сеть короткая и токи утечки  в ней при исправной изоляции  малы.

4. Чтобы уменьшить вероятность двойных замыканий на различные корпуса электроприемников (что для человека опасно) ко вторичной стороне разделяющего трансформатора ПУЭ п. 1.7.44. разрешается подключать только один электроприемник (чтобы не иметь разветвленную сеть) с номинальным током плавкой вставки или расцепителя защитного аппарата не более 15 А на первичной стороне.

5. Разделяющие трансформаторы  применяются для электроинструментов, переносных электроприемников, строительных механизмов и т.д., которые не могут быть изготовлены на напряжение 42 В.

6. Корпус разделяющего  трансформатора, в зависимости от  режима нейтрали сети, питающей  первичную обмотку должен быть  заземлен или занулен. Вторичная обмотка трансформатора и питающиеся от нее цепи не должны иметь связи с другими цепями и заземленными или зануленными частями.

7. Цепи, питающиеся через  разделяющий трансформатор должны  быть, как правило, проложены отдельно  от других цепей (не должны иметь связи с другими цепями). Если это невозможно сделать, прокладка должна быть выполнена кабелями без металлической оболочки и брони или проводами в трубах или коробах из изоляционного материала. При этом изоляция всех совместно проложенных проводников должна быть рассчитана на наибольшее из имеющихся напряжений, а каждая цепь должна иметь защиту от перегрузки и КЗ.

8. В качестве разделяющих  трансформаторов могут применяться  понижающие трансформаторы со  вторичным напряжением не выше 42 В, если их конструкция по надежности соответствует конструкции разделяющих трансформаторов.

Двойная или усиленная изоляция

1. Двойная изоляция - электрическая  изоляция, состоящая из рабочей  и дополнительной изоляции у  электрооборудования электроустановок  до 1 кВ.

2. Рабочая изоляция - электрическая  изоляция токоведущих частей  электрооборудования, обеспечивающая  его нормальную работу и защиту  от поражения электрическим током.

3. Дополнительная изоляция - электрическая изоляция, предусмотренная  дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.

4. Усиленная изоляция - улучшенная  рабочая изоляция, обеспечивающая  такую же степень защиты от  поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

5. Защита от поражения человека электрическим током с помощью двойной или усиленной изоляции может быть обеспечена применением электрооборудования, имеющего двойную или усиленную изоляцию т.е. применение электрооборудования класса защиты П по ГОСТ 12.2.007.0-75.

 

Малое напряжение.

1. Малое напряжение, применяемое  в качестве защитных мер электробезопасности - номинальное напряжение у электроприемника не более 42 В переменного тока между фазами и по отношению к земле, применяемое для уменьшения опасности поражения электрическим током.

2. В качестве источника  малого напряжения применяются  разделяющие трансформаторы или  понижающие трансформаторы, если они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к разделяющим.

3. Применяются также понижающие  трансформаторы, конструкция которых  не соответствует требованиям  конструкции разделяющих трансформаторов (повышенная надежность и испытательные  напряжения), поэтому появляется опасность при повреждении трансформатора перехода напряжения с первичной обмотки на вторичную. Для таких трансформаторов требуется не только корпус трансформатора, но также и нейтраль или одну из фаз вторичной обмотки заземлять или занулять (в зависимости от режима нейтрали питающей сети), ПУЭ, п. 1.7.44.4).

4. Корпуса электроприемников, питающихся от источника малого  напряжения не заземляются и не зануляются (исключение раздел 12 Рекомендаций).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ, в.7)

2. Рекомендации по проектированию  заземления и защитных мер электробезопасности в силовых электроустановках напряжением промышленных предприятий; ВНИПИ Тяжпромэлектропроект; 2009