Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственн

При этих условиях все корпуса, соединенные с нулевым проводом за местом обрыва, оказываются под напряжением относительно земли, равным Uз. Те корпуса, которые занулены до места обрыва, находятся под напряжением, равным U0. Такой режим принципиально не отличается от замыкания на заземленный корпус в сети с глухозаземленной нейтралью. Очевидно, этот режим опасен. Но при отсутствии повторного заземления нулевого провода опасность возрастает еще больше, так как замыкание происходит на корпус, не имеющий ни зануления, ни заземления. Корпуса электрооборудования, соединенные с корпусом с поврежденной изоляцией, оказываются под фазным напряжением относительно земли (рис. 7.30).

Рис. 7.30. Замыкание на корпус при обрыве нулевого провода

Потенциалы зануленных корпусов при однофазном коротком замыкании зависят от длины участка нулевого PEN-провода между нейтралью источника и местом присоединения корпуса к нулевому проводу. При замыкании на один из корпусов по участку нулевого провода между этим корпусом и нейтралью трансформатора проходит ток короткого затыкания. Падение напряжения на этом участке определяется из закона Ома: Uк = Iк Zн . Поскольку сопротивление нулевого провода

при постоянном сечении пропорционально его длине, падение напряжения также пропорционально длине. Поэтому при отсутствии повторного заземления потенциал корпуса, на который происходит короткое замыкание, равен падению напряжения в нулевом проводе [см. выражение (7.30)].

131

Потенциалы по длине нулевого PEN-провода пропорциональны расстоянию от нулевой точки источника (см. рис. 7.29, кривая I). Корпуса 1, 2 и 3 также находятся под напряжением относительно земли, равным потенциалам нулевого провода в точках присоединения каждого корпуса. Потенциал корпуса 5 равен потенциалу корпуса 4, на который произошло замыкание, так как за местом короткого замыкания в нулевом проводе тока нет, а значит, и падение напряжения отсутствует.

Если нулевой PEN-провод имеет повторное заземление (см. рис. 7.29, кривая II), то потенциал нейтрали не равен нулю; он равен падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали. Потенциал корпуса поврежденного потребителя равен падению напряжения на повторном заземлении. Разность этих потенциалов равна Uк. Потенциалы в нулевом проводе распределяются по прямолинейному закону. Потенциал корпуса 3 ниже потенциала корпусов 5 и 4. Корпус 2 находится в данном случае под нулевым потенциалом.

Устройство защитного зануления и требования к нему. Основное назначе-

ние защитного зануления – обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты при замыкании на проводящую часть электроустановки (корпус) за время, не вызывающее опасности для людей и животных.

Согласно ПУЭ (п. 1.7.79), в системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать следующих значений:

Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и переносные электроприемники и ручной электроинструмент класса 1. В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и другие щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.

Для обеспечения указанного времени отключения питания ток короткого замыкания должен значительно превышать уставку защиты или номинальный ток плавких вставок. Ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой. При защите сети автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (отсечку), нулевой защитный провод должен быть выбран таким образом, чтобы в цепи фаза – нуль обеспечивался ток короткого замыкания, равный величине тока уставки мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным), и на коэффициент запаса 1,1. При отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 1000 А кратность тока короткого замыкания относительно величины уставки следует принимать равной 1,4; для автоматов с номинальным током более 125 А она составляет 1,25.

Наименьшие поперечные сечения защитных проводников должны соответствовать значениям, приведенным в п. 7.4.5 при рассмотрении заземляющих проводников.

132

Площади сечений приведены для случая, когда защитные проводники изготовлены из того же материала, что и фазные проводники. Сечения защитных проводников из других материалов должны быть эквивалентны по проводимости приведенным.

Допускается, при необходимости, принимать сечение защитного проводника менее требуемых, если оно рассчитано по формуле (только для времени отключения ≤ 5 с)

S ≥ I t / k ,

где S – площадь поперечного сечения защитного проводника, мм2;

I – ток короткого замыкания, обеспечивающий время отключения поврежденной цепи защитным аппаратом в соответствии с вышеприведенными значениями или за время не более 5 с, А;

t – время срабатывания защитного аппарата, с;

k – коэффициент, значение которого зависит от материала защитного проводника, его изоляции, начальной и конечной температур. Значения k для защитных проводников в различных условиях приведены в ПУЭ.

Значения максимальной температуры при определении сечения защитного проводника не должны превышать предельно допустимых температур нагрева проводников при КЗ, а для электроустановок во взрывоопасных зонах соответствовать ГОСТ 22782.0 «Электрооборудование взрывозащищенное. Общие технические требования и методы испытаний».

Во всех случаях сечение медных защитных проводников, не входящих в состав кабеля или проложенных не в общей оболочке (трубе, коробе, на одном лотке) с фазными проводниками должно быть не менее:

2,5 мм2 – при наличии механической защиты;

4 мм2 – при отсутствии механической защиты.

Сечение отдельно проложенных защитных алюминиевых проводников должно быть не менее 16 мм2.

В системе TN для обеспечения требований нулевые защитные проводники рекомендуется прокладывать совместно или в непосредственной близости с фазными проводниками.

Нулевой защитный провод должен иметь надежные соединения, и должна обеспечиваться непрерывность цепи от каждого корпуса до нейтрали источника. Поэтому соединения нулевого провода до защищаемого корпуса выполняются сварными. Нулевой защитный провод соединяется со всеми заземленными металлическими конструкциями, создающими параллельные цепи короткого замыкания: металлическими конструкциями зданий, подкрановыми путями, стальными трубами электропроводок, свинцовыми и алюминиевыми оболочками кабелей, металлическими трубопроводами, проложенными открыто, исключая трубопроводы для горючих и взрывоопасных смесей. Эти проводники могут служить единственным нулевым проводом, если по проводимости они удовлетворяют приведенным выше требованиям.

133

Чтобы обеспечить непрерывность цепи зануления, запрещается установка в нулевой PEN(PE)-провод предохранителей и выключателей. Это допускается только в том случае, если выключатель вместе с нулевым PEN-проводом размыкает и все фазные провода.

Зануление однофазных потребителей, например светильников, должно осуществляться специальным защитным проводником (или жилой кабеля), который не может одновременно служить проводом для рабочего тока (см. рис. 7.29, корпус 2). Повторные заземления нулевого провода должны выполняться на концах ответвлений воздушных линий или ответвлений длиной более 200 м, также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению.

Сопротивление заземляющих устройств, к которым присоединены нейтрали трансформаторов или генераторов, в любое время года должно быть не более 2, 4

и8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока. Общее сопротивление растеканию заземлителей всех повторных заземлений нулевого рабочего провода каждой воздушной линии в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 600, 220, 127 В. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений нулевого рабочего провода должно быть не более 15, 30

и60 Ом соответственно при тех же напряжениях. Проводники для повторных заземлений нулевого провода должны иметь пропускную способность не менее 25 А.

Расчет зануления производится для того, чтобы определить сечение нулевого защитного провода, удовлетворяющее условию срабатывания максимальной токовой защиты. Уставка защиты определяется мощностью подключенной электроустановки. Согласно требованиям ПУЭ, ток короткого замыкания должен превышать уставку защиты. Например, ток короткого замыкания, необходимый для пе-

регорания плавкой вставки предохранителя, определяется как Iк ≥ 3Iн, где Iн – номинальный ток плавкой вставки.

Расчетная величина тока короткого замыкания определяется из выражения (7.26) с учетом сопротивления петли фаза – нуль:

Zп = Zф.пр + Zн ;

Сопротивления трансформаторов приведены в табл. 7.5. Приведенные в ней данные следует рассматривать как приближенные, пригодные для практических расчетов, не требующих высокой точности. Следует отметить, что у трансформаторов с соединением обмоток ∆/Yн сопротивление ниже, чем у трансформаторов с соединением обмоток Y/Yн. Это следует учитывать при выборе трансформаторов.

134

Сопротивление петли фаза – нуль

Zп = (Rф + Rн )2 + X п2 ,

где Rф – активное сопротивление фазного провода;

Rн – активное сопротивление нулевого защитного провода; Хп – индуктивное сопротивление петли фаза – нуль.

Для медных и алюминиевых проводов активное сопротивление определяется из формулы

Rпров = ρпровS l .

Индуктивное сопротивление петли фаза – нуль равно сумме реактивных сопротивлений фазного Хф и нулевого Хн проводов и сопротивления взаимоиндукции Х'п между этими проводами (внешнее сопротивление):

X п = X ф + X н + X п′ .

Индуктивные сопротивления медных и алюминиевых проводов малы и ими можно пренебречь. Для стальных проводов активные и реактивные сопротивления принимаются по справочным таблицам при соответствующих плотностях тока. Сопротивление взаимоиндукции между проводами

135

где µо – магнитная проницаемость воздуха, равная 4·10–7 Гн/м; l – длина линии, м;

d – расстояние между проводами, м; D – диаметр провода, мм.

Обычно при отдельно проложенных нулевых проводах принимают X п′ = 0,6l; при прокладке кабелем или в стальных трубах значением Xп′ можно пренебречь.

В практике проектирования принято величины Z3т и Zп складывать арифме-

тически. Это дает небольшую погрешность (до 5 %) в сторону уменьшения тока короткого замыкания, т. е. в сторону запаса.

Заземление нейтрали и повторные заземления рассчитываются по методике, изложенной выше. Для определения напряжений относительно земли из выражений (7.31) и (7.32) принимают:

Устройство зануления проверяется при вводе электроустановки в эксплуатацию, периодически в процессе работы и после ремонта. Внешний осмотр устройства зануления производится аналогично осмотру заземляющего устройства. Для измерения сопротивления петли фаза – нуль можно применить любой прибор: измеритель параметров цепей фаза – нуль и фаза – фаза электросетей MZC-200 MZC-303E; для измерения малых сопротивлений – микроомметр MMR-600, MMR-610, омметр М372 и др. Сопротивления заземлений нейтрали и повторных заземлений нулевого провода измеряются измерителем сопротивления заземляющих устройств, молниезащиты, проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов MRU-100, MRU-101.

Автоматическое отключение с использованием устройств защитного отключения (УЗО), реагирующих на токи утечки. Защитное отключение – это быстродействующее автоматическое отключение всех фаз участка сети, обеспечивающее безопасные для человека сочетания тока и времени его прохождения при замыканиях на корпус или снижении уровня изоляции ниже определенного значения.

Указанные безопасные сочетания тока и времени установлены ГОСТ 12.1.038–82 «Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов». Например, при времени воздействия не более 0,1 с допустимый ток через тело человека составляет 500 мА, при 0,2 с – 250 мА, при 0,5 с – 100 мА и т. д. Следовательно, защита обеспечивается быстрым отключением электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электрическим током. Другими

136

словами, электрозащитная функция устройств защитного отключения (УЗО) заключается в ограничении не тока через человека, а времени его протекания.

Современные устройства защитного отключения имеют быстродействие от 0,03 до 0,2 с.

УЗО создаются на различных принципах действия. Наиболее совершенным является УЗО, реагирующее на ток утечки (дифференциальный ток). Достоинство его состоит в том, что оно защищает человека от поражения электрическим током не только в случае прикосновения к металлическим корпусам, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции (о чем говорится в приведенном определении), но и при прямом прикосновении к токоведущим частям. Именно такие УЗО могут быть отнесены одновременно к средствам защиты, как при косвенных, так и при прямых прикосновениях.

Кроме того, УЗО выполняет еще одну важную функцию – защиту электроустановок от возгораний, первопричиной которых являются утечки, вызванные ухудшением изоляции. Известно, что более трети пожаров возникает от неисправностей электропроводок, поэтому вполне справедливо УЗО называют «противопожарным сторожем».

Применение высокочувствительных УЗО приводит к необходимости поддержания изоляции электрических сетей и потребителей на должном уровне, т. е. в конечном счете требует повышения культуры эксплуатации электроустановок. В противном случае неизбежны частые перерывы электроснабжения потребителей по причине ложных срабатываний УЗО от естественных (фоновых) токов утечки.

УЗО состоит из трех функциональных элементов: датчика, исполнительного органа и коммутационного устройства. Датчик улавливает токи утечки, стекающие с фазных проводов на землю в случае прямого прикосновения человека или повреждения изоляции. Сигнал о наличии тока утечки поступает в исполнительный орган, где усиливается и преобразуется в команду на отключение коммутационного устройства.

Исполнительный орган УЗО может работать на двух различных принципах: электронном и электромеханическом. В электронном УЗО исполнительный орган содержит электронный усилитель, в качестве источника питания которого используется сама контролируемая сеть. Надежность работы таких устройств зависит от наличия и стабильности напряжения сети.

В электромеханическом УЗО вместо электронного усилителя применяется магнитоэлектрическая защелка, не требующая источника питания. Надежность таких УЗО значительно выше, они продолжают выполнять электрозащитную функцию при обрыве любого из питающих нагрузку проводов. Достоинством электромеханических УЗО является также отсутствие потребления электроэнергии в основном, дежурном режиме работы, в то время как каждое электронное УЗО потребляет мощность от 4 до 8 Вт. Однако электромеханические УЗО существенно (в 2–2,5 раза) дороже электронных.

Электрическая схема электромеханического УЗО приведена на рис. 7.31. Датчиком устройства служит трансформатор 1 тока утечки Iут, кольцевой магнитопро-

137

вод которого охватывает провода, питающие нагрузку 6 и играющие роль первичной обмотки. При отсутствии тока утечки рабочие токи (Iр) в прямом (фазном) и обратном (нулевом рабочем) проводах равны и наводят в магнитопроводе равные, но противоположно направленные токи; результирующий поток равен нулю и поэтому ЭДС во вторичной обмотке отсутствует. УЗО не срабатывает. При появлении тока утечки (например, при прикосновении человека к оголенному фазному проводу) ток в прямом проводе превышает обратный ток на величину тока утечки; в сердечнике возникает магнитный поток небаланса, а во вторичной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная току утечки. По обмотке магнитоэлектрической защелки 2 протекает ток, вызывающий ее срабатывание (контакты 5) и воздействие на механизм свободного расцепления 3, отключающий контакты 4. УЗО срабатывает. Таково действие УЗО двухполюсного исполнения в цепи однофазной нагрузки.

Рис. 7.31. Электрическая схема электромеханического УЗО

Для работы в трехфазной сети (как трех-, так и четырехпроводной) УЗО выполняется четырехполюсным, т. е. магнитопровод охватывает три фазных проводника и один нулевой рабочий проводник. Согласно первому закону Кирхгофа, при любой асимметрии нагрузки алгебраическая сумма мгновенных значений токов в проводах, питающих нагрузку, равна нулю, результирующий поток в магнитопроводе и ЭДС во вторичной обмотке отсутствует; УЗО не срабатывает. ЭДС во вторичной обмотке наводится и УЗО срабатывает лишь от токов, замыкающихся по путям утечки, минуя нагрузку. Другими словами, токи, замыкающиеся через нагрузку (рабочий ток, сверхток перегрузки), а также токи одно-, двух-, трехфазных коротких замыканий между проводами, питающими нагрузку, не могут вызвать срабатывание УЗО. Заметим, что двухполюсное прикосновение человека с изоляцией от земли УЗО воспринимает как нагрузку и не срабатывает, что является недостатком, принципиально присущим устройствам защитного отключения.

Из сказанного следует, что УЗО не защищает сеть от сверхтоков перегрузок и коротких замыканий, т. е. применение УЗО не должно означать отказа от автоматов защиты сети или плавких предохранителей. Некоторые типы устройств защит-

138

ного отключения (в основном зарубежного производства) совмещают в себе функции УЗО и автоматического выключателя, что неизбежно ведет к снижению надежности и повышению стоимости за счет усложнения схемы и увеличения количества компонентов.

УЗО применяются в цепях с токами до 80 А, они не чувствительны к кратковременному возрастанию тока до 250 А. При этом величина тока не оказывает влияния на срабатывание устройства.

По виду рабочего напряжения (тока утечки) УЗО делятся на типы: АС – только для переменного (синусоидального) напряжения;

А – для синусоидального напряжения и пульсирующего напряжения с постоянной составляющей.

При выборе УЗО следует учитывать, что источником пульсирующего напряжения могут быть стиральные машины, персональные компьютеры, телевизоры, регуляторы источников света.

УЗО является высокоэффективным и перспективным способом защиты. Оно используется в электроустановках до 1 кВ в дополнение к защитному заземлению (защитному занулению), а также в качестве основного или дополнительного способа защиты, когда другие способы и средства неприменимы или малоэффективны.

Параметры отключения УЗО проверяются измерителями MRP-120, MRP-200, MIE-500, MPI-510.

В настоящее время в Российской Федерации действует ряд нормативных документов, регламентирующих технические параметры и требования к применению УЗО в электроустановках зданий.

7.4.10. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Средства защиты работающих – это средства, предназначенные для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и (или) вредных производственных факторов. В соответствии с Инструкцией по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках, при работе в электроустановках используются:

•средства защиты от поражения электрическим током (электрозащитные сред-

ства);

•средства защиты от электрических полей повышенной напряженности, коллективные и индивидуальные (в электроустановках напряжением 330 кВ и выше);

•средства индивидуальной защиты (СИЗ) в соответствии с государственным стандартом (средства защиты головы, глаз и лица, рук, органов дыхания, от падения с высоты, одежда специальная защитная).

Под электрозащитными средствами понимаются средства, служащие для защиты людей, работающих в электроустановках, от поражения электрическим током

ипредназначенные для обеспечения электробезопасности. Электрозащитные изолирующие средства подразделяются на основные и дополнительные.

139

Основные изолирующие электрозащитные средства – это средства, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок и которые позволяют работать на токоведущих частях, находящихся под напряжением.

Дополнительные изолирующие электрозащитные средства – это средства ко-

торые сами по себе при данном напряжении не могут обеспечить защиту от поражения током, но дополняют основные средства защиты, а также служат для защиты от напряжения прикосновения и напряжения шага. Средства защиты по характеру их применения подразделяются на средства коллективной и индивидуальной защи-

ты (ГОСТ 12.4.011–75).

Косновным изолирующим электрозащитным средствам для работы в электроустановках напряжением выше 1 кВ относятся:

•изолирующие штанги всех видов;

•изолирующие клещи;

•указатели напряжения;

•устройства и приспособления для обеспечения безопасности работ при измерениях и испытаниях в электроустановках (указатели напряжения для проверки совпадения фаз; клещи электроизмерительные, устройства для прокола кабеля

ит. п.);

•специальные средства защиты, устройства и приспособления изолирующие для работ под напряжением в электроустановках напряжением 110 кВ и выше (кроме штанг для переноса и выравнивания потенциала).

Кдополнительным изолирующим электрозащитным средствам, применяемым в электроустановках напряжением выше 1 кВ, относятся:

•диэлектрические перчатки и боты;

•диэлектрические ковры и изолирующие подставки;

•изолирующие колпаки и накладки;

•штанги для переноса и выравнивания потенциала;

•лестницы приставные, стремянки изолирующие стеклопластиковые.

Косновным электрозащитным средствам, применяемым в электроустановках напряжением до 1 кВ, относятся:

•изолирующие штанги всех видов;

•изолирующие и электроизмерительные клещи;

•указатели напряжения;

•диэлектрические перчатки;

•ручной изолирующий инструмент.

Кдополнительным изолирующим электрозащитным средствам в электроустановках до 1 кВ относятся:

•диэлектрические галоши;

•диэлектрические ковры и изолирующие подставки;

•изолирующие колпаки, накладки и покрытия;

•лестницы приставные, стремянки изолирующие стеклопластиковые.

Кроме перечисленных изолирующих средств, к электрозащитным средствам относятся также:

140