Меры защиты при аварийном состоянии электроустановки

МЕРЫ  ЗАЩИТЫ ПРИ АВАРИЙНОМ  СОСТОЯНИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

1. Общие сведения  о способах электрозащиты 

 При обслуживании  электрических установок возможны  случаи, когда металлические конструктивные части, нормально не являющиеся токоведущими и не находящиеся под напряжением, электрически соединяются с элементами цепи электрического тока и получают вследствие этого потенциал, отличный от потенциала земли. Замыкание, возникающее в машинах, аппаратах, линиях, на нетоковедущие части конструкции называют замыканием на корпус. В этих случаях человек, не имеющий специальных средств защиты (резиновых перчаток, галош и т.п.), может, прикоснувшись к этим частям, оказаться под напряжением: через его тело пройдет ток, опасный или смертельный для организма.

 Для обеспечения  безопасности обслуживания электроустановок  применяют защитное заземление, зануление или защитное отключение. Выбор вида защиты зависит  от режима работы нейтрали  генераторов и трансформаторов. 

Нейтрали генераторов  и трансформаторов, соединяющиеся  с заземляющим устройством через  резистор малого сопротивления, называют глухозаземленными. Нейтрали, не присоединенные к заземляющим устройствам непосредственно  или присоединенные через резисторы  большого сопротивления (например, трансформаторы напряжения), называют изолированными. Электроустановки переменного тока напряжением до 1000 В конструктивно  выполняют глухозаземленными или  с изолированной нейтралью, а  электроустановки постоянного тока — глухозаземленными или с  изолированной средней точкой. В  четырехпро-водных сетях переменного  тока должно быть обязательно глухое заземление нейтрали.

2. Защитное заземление 

Защитным заземлением  электрической установки называют преднамеренное соединение ее нетоковедущих  частей с заземляющим устройством, представляющим собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Оно широко используется в электроустановках, работающих в сетях с изолированной  нейтралью. При этом осуществляется непосредственная металлическая связь  корпусов электрооборудования с  землей, имеющая своей целью предельно  ограничить разность потенциалов, которая  может воздействовать на человека, одновременно соединенного с землей и корпусом.

 Человек, прикоснувшийся  к корпусу двигателя в момент, когда произошло замыкание на  корпус одной из фаз при  отсутствии заземления, подвергается  действию фазного напряжения . Для  устранения такой опасности корпус  двигателя следует надежно заземлить.  В этом случае при пробое  изоляции одной из фаз на  корпус двигателя последний оказывается  по отношению к земле под  напряжением 

 Напряжение 1/ч,  прикладываемое к телу человека, и ток /ч, протекающий через  него, соответственно равны 

Иц = 1ЧКЧ = 13К3;  1Ч- 13К3/КЧ,

 где 13 — сила  тока, проходящего через заземляющее  устройство; Яч — сопротивление  тела человека; К3 — сопротивление  заземляющего устройства.

 К частям силового  электрооборудования, подлежащим  заземлению, относят: 

 корпуса электрических  машин, трансформаторов и аппаратов; 

 приводы электрических  аппаратов; 

 вторичные обмотки  измерительных трансформаторов; 

каркасы распределительных  щитов, шкафов и пультов управления;

 металлические  конструкции распределительных  устройств, металлические кабельные  конструкции; 

 металлические  корпуса кабельных муфт, металлические  оболочки и брони контрольных  и силовых кабелей, металлические  оболочки проводов, стальные трубы  для проводов электросети и  другие металлические конструкции,  связанные с установкой электрооборудования; 

Заземлению не подлежит электрооборудование, которое по характеру  своего расположения и способу крепления  имеет на­дежный контакт с  другими заземленными металлическими частями установки:

 оборудование, установленное  на заземленных металлических  конструкциях (при этом на опорных  поверхностях должны быть предусмотрены  зачищенные и незакрашенные места);  корпуса электроизмерительных приборов, реле и т.п., установленных на  щитах, шкафах и пультах; 

 съемные или  открывающиеся части на металлических  заземленных каркасах любых электроконструкций.

 Вместо заземления  отдельных электродвигателей и  аппаратов на станках и других  механизмах допускается непосредственное  заземление станин станков и  механизмов при условии обеспечения  надежного электрического контакта между корпусом электрооборудования и станиной.

 Если выполнение  заземления, удовлетворяющего всем  требованиям ПУЭ, невозможно по  условиям технологического процесса (например, в зоне обслуживания  электролизных ванн алюминиевых  и других заводов) или представляет  значительные трудности, то взамен  его допускается обслуживание  электрооборудования с изолирующих  площадок. Последние должны быть  выполнены так, чтобы прикосновение  к представляющим опасность незаземленным  частям было возможно только  с этих площадок. Должна быть  исключена возможность одновременного  прикосновения к незаземленным  частям электрооборудования и  к частям ;, зданий или оборудования, имеющим соединение с землей.

 Для защиты  от перехода высокого напряжения  в сеть низкого напряжения  при пробое изоляции обмоток  трансформаторов в этих установках  обмотку трансформатора заземляют  через пробивной предохранитель. В случае попадания тока высокого напряжения в сеть тока низкого напряжения происходит электрический пробой пробивного предохранителя и обмотка низшего напряжения трансформатора оказывается заземленной.

 В качестве  естественных заземлителей используют: свинцовые оболочки кабелей, проложенных  в земле; металлические конст­рукции  зданий (фермы, колонны и т.п.); металлические конструкции производственного  назначения (подкрановые пути, кар­касы  распределительных устройств, галереи,  площадки и т.п.); стальные трубы  электропроводок; обсадные трубы  скважин; металлические, стационарные открыто проложенные трубопроводы .всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации и центрального отопления.

 Если естественных  заземлителей нет или их использование  не дает нужных результатов,  то применяют искусственные заземли-тели  в виде стержней из угловой  или круглой стали и из газоводопроводных  труб.

 Выбор угловой  стали зависит от характера  грунта и способа забивки стержней. Газовые трубы для стержней  применяют диа­метром 2 дюйма в  твердых и средних грунтах  и 1 '/г дюйма — В мягких, причем  в целях экономии используют, как правило, не­кондиционные  трубы. Длину стержней и глубину  их заложения выбирают в зависимости  от климатических условий. 

 Для грунтов,  кроме вечномерзлых и скалистых,  рекомендуется применять для  заземлителей круглую сталь диаметром  12 мм. Ос­воена технология быстрого  погружения в грунт стержней  из этой стали длиной до 5 м  (с помощью электродрелей и  вибрационным способом). Применение  таких стержней вместо стержней  из угловой стали 50x50x5 мм длиной 2,5...3,0 м экономит время и снижает  трудоемкость монтажных работ,  а также дает значительную  экономию металла благодаря тому, что у стержня из стали диаметром  12 мм и длиной 5 м сопротивление  растеканию тока примерно в  2 раза меньше, чем у стержня  из угловой стали размером 50x50x5 мм длиной 3 м. 

В качестве заземляющих  проводников применяют главным  образом круглую сталь диаметром 5 (внутри здания) и 6 мм (в зем­ле); полосовую  сталь сечением 24 (внутри здания) и 48 мм2 (в земле) при толщине 4 мм.

 Заземлители должны  быть связаны с магистралями  заземлений не менее чем двумя  проводниками, присоединенными к  заземли-телю в разных местах.

 Работа заземляющих  устройств связана с растеканием  тока с заземлителей в землю.  При пробое изоляции токоведущих  частей на корпус заземленного  электрооборудования заземляющее  устройство получает потенциал 

По мере удаления от заземляющего устройства потенциал  поверхности земли по отношению  к точке с нулевым потенциалом  снижается. Зависимость потенциала ф от расстояния до заземлите-ля определяется типом заземлителя и свойствами грунта, в котором расположен заземлитель. При расстоянии 15...20 м от заземлителя  потенциал <р равен нулю .

Если к заземлителю  подходит человек, то его ноги находятся  точках земли с разными потенциал:ами (обычно длина шага 0,8 М вследствие чего через тело человека проходит электрический то" Человек в  этом случае находится под действием  напряжения шаг которое увеличивается  по мере приближения к заземлителю  и пр увеличении длины шага.

Напряжение шага считается безопасным, если оно не превышает 40 В. Реально оно представляет опасность для человека лишь в  сетях с напряжением более 1000 В. В этом случае для защиты от шагового напряжения применяют диэлектрические  боты. А в случае попадания человека под напряжение шага, он должен срочно выйти из опасной зоны малыми шажками  или прыжками на одной ноге.

3. Зануление 

 В электроустановках  с глухозаземленной нейтралью  при замыканиях на нетоковедущие  части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с наименьшим временем отключения. С этой целью в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, а также в трехпроводных сетях постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обязательно зануление — металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки . 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 плавкого элемента предохранителя.

 Схема зануления  включает в себя следующие  элементы: нулевой провод питающей  сети, заземление нейтрали источника питания (рабочее заземление) и повторное заземление нулевого провода. Нулевой провод питающей сети в схеме зануления обеспечивает создание цепи с малым сопротивлением для тока при замыкании фазы на корпус и превращении этого замыкания в однофазное короткое замыкание. Различают нулевой защитный 03 и нулевой рабочий 0р провода. Нулевой защитный провод служит для соединения зануляемых частей оборудования с глухозаземленной нейтралью источника тока, а нулевой рабочий провод — для питания электроприемников фазным напряжением. Однако схемы с разделением нулевого провода выполняют рабочим и защитный.

В большинстве случаев  используют один нулевой провод, повременно выполняющий функции и рабочего, и защитного

 В качестве  нулевых защитных проводов можно  использовать:

 нулевые рабочие,  специально предусмотренные проводники I четвертая или третья жила  кабеля, четвертый или третий провод или стальные полосы и т.п.);

стальные трубы  электропроводки;

 алюминиевые оболочки  кабелей; 

 металлические  конструкции зданий (фермы, колонны  и т.п.);

 металлические  конструкции производственного  назначения (подкрановые пути, каркасы  распределительных устройств, галереи, площадки, шахты лифтов, подъемников, элеваторов, обрамление каналов и т.п.);

металлические кожухи шинопроводов, металлические короба и лотки, предназначенные для  прокладки проводов и кабелей;

 металлические  стационарные открыто проложенные  трубопроводы всех назначений, кроме  трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации, центрального отопления и бытового водопровода.

 Магистрали зануления  и ответвления от них должны  быть доступными для осмотра.  Это требование не распространяется на нулевые жилы и оболочки кабеля, а также нулевые защитные проводники, проложенные в трубах и коробах. Ответвления от магистралей зануления к зануляемои части электроустановок можно прокладывать скрыто (в стене, под чистым полом), однако такие ответвления не должны иметь соединений.

 Сопротивление  заземляющего устройства, к которому  присоединяют нейтрали трансформаторов (рабочего заземления), не должно превышать определённых значений. Эти сопротивления должны обеспечиваться с учетом использования естественных заземлителей и повторных заземлений нулевого провода воздушных линий (ВЛ) напряжением до 1000 В при числе отходящих линий не менее двух. Однако при этом должны предусматриваться и искусственные заземлители с сопротивлением не более 1000 Ом приведенных в каталогах.

Сопротивления заземления (Ом) при различном напряжении сети

Напряжение в сети, В

Элемент заземления 

660/380 380/220 220/127

Заземление нейтрали трансформатора, эквивалентное заземлителям:

 естественным  и повторным 

 нулевого провода

 искусственным 

2 15 4 30 8 60

 нулевого провода,

 эквивалентное: всем повторным заземлениям

 каждому повторному  заземлению 

5 15 10 30 20 60

Примечание. При удельном электрическом сопротивлении грунта р, при котором располагаются заземлители, большем 100 Ом-м, допускается увеличение допустимого сопротивления в 0,01р раз, но не более десятикратного.

На концах ВЛ или  ответвлений длиной более 200 м, а  также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению, следует выполнять повторное заземление нулевого провода. При размещении электроустановок, подлежащих занулению, вне зданий, расстояние электроустановки до ближайшего заземлителя повторного заземления нулевого провода ВЛ или до заземлителя нейтрали источника питания должно быть не более 100 м. Общее сопротивление заземляющих устройств всех повторных заземлений нулевого провода каждой ВЛ не должно превышать определенных значений.

Защитное  отключение

 Система защиты, обеспечивающая автоматическое  отключение всех фаз или полюсов  аварийного участка сети с  полным временем отключения не  более 0,2 с, называется защитным  отключением. Независимо от состояния  нейтрали питающей системы любое  однофазное замыкание на корпус  приводит к появлению напряжения  относительно земли на корпусах  электрооборудования. Это используют при построении универсальной защиты, которая обеспечивает отключение поврежденного электрооборудования при появлении некоторой заданной разности потенциалов между корпусом и землей. Отключение осуществляют автоматами с одновременным контролем исправности их работы. Такая система по назначению идентична системам заземления. Сущность системы защитного отключения основана на автоматическом отключении электроприемника, если на металлических частях его, нормально не находящихся под напряжением, оно появляется. Эта система может быть применена для системы с изолированной и глухозаземленной нейтралью.

 При защите  человека от напряжения, возникающего  на корпусе одиночного электроприемника  при повреждении его изоляции, возможны два случая: электроприемник  не заземлен и электроприемник  имеет заземление.

 Первому случаю  соответствует положение, когда контакт разомкнут . На некотором расстоянии от защищаемого электроприемника забит в землю заземлитель (если нет естественных заземлителей, которые не должны иметь электрической связи с корпусом ). Защитный отключатель имеет катушку , размыкающую цепь электроснабжения в месте сетевого контактора при подаче на нее напряжения.

 Отключающая катушка  удерживает отключатель в замкнутом состоянии с помощью защелки . На схеме контакты показаны разомкнутыми пружиной . Один конец обмотки катушки присоединен к корпусу электроприемника, второй — к выносному заземлителю . В случае повреждения изоляции между корпусом электроприемника и выносным заземлителем появляется фазное напряжение. Отключающая катушка 6 оказывается под напряжением, и в ней возникает ток. Ее сердечник втягивается и освобождает удерживающую защелку . Пружина размыкает контакты сетевого контактора , и цепь питания электроустановки размыкается. Напряжение прикосновения на корпусе электроприемника исчезает, соприкосновение с ним становится безопасным.

 Если корпус  электроприемника заземлен, разъединитель  заземлителя должен быть включен. При возникновении повреждения изоляции на корпусе электроприемника появляется напряжение. Значение возникающего напряжения определяет падение напряжения в заземлителе, равное току замыкания на землю, умноженному на сопротивление заземления. Принципиальной разницы в защите в обоих случаях нет.

 Основой защиты  с помощью защитного отключения  является быстрое отключение  поврежденного электроприемника.

 Согласно ПУЭ  защитное отключение рекомендуется  применять: 

 в электроустановках  с изолированной нейтралью, к  которым предъявляются повышенные  требования по безопасности (в дополнение к устройству заземлений) . При появлении в катушке реле Р тока замыкания на землю его размыкающий контакт Р в цепи управления контактора Л размыкается и контактор своими главными контактами . отключает электродвигатель от сети;

 в электроустановках  с глухозаземленной нейтралью  напряжением до 1000 В, вместо присоединения  корпусов оборудования к заземленному  нейтральному проводу, если выполнение  этого присоединения затруднено; при этом защищаемая электроустановка 

должна иметь заземляющее  устройство , в передвижных установках, если заземление их не может быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ.

 Защитное отключение  отличается универсальностью и  быстродействием, поэтому его  использование в сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью весьма перспективно.

 Защитное отключение  особенно целесообразно использовать  в сети напряжением 380/220 В. 

 Недостаток защитного  отключения — возможный отказ  в отключении в случае пригорания контактов коммутационного устройства или обрыва проводов.