Классификация электротехнических установок относительно мер электробезопасности

Функционирование электрического хозяйства (электрики), как и работа любой сложной технической системы, сопровождается появлением отрица­тельного воздействия на работающий персонал и окружающую среду. Опас­ный производственный фактор — это фактор, воздействие которого в опреде­ленных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению состояния здоровья работающих или необратимым отрицатель­ным воздействиям на окружающую среду.

Безопасность системы электроснабжения — свойство сохранять с некото­рой вероятностью безопасное состояние при выполнении заданных функций в условиях, установленных нормативно-технической документацией. Безопас­ность — отсутствие опасности, предупреждение опасности, можно рассматри­вать в трех аспектах: 1) как состояние, при котором отсутствуют факторы, опасные и вредные для людей и окружающей среды; 2) как свойство не допу­скать с некоторой вероятностью ситуации, опасные и вредные для людей и окружающей среды; 3) как систему мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей и окружающей среды от опасных и вредных производственных факторов.

Электробезопасность — система организационных и технических меропри­ятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воз­действия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического то­ка, электрической дуги и электромагнитных полей зависит от следующих па­раметров:

—рода тока и величины напряжения и тока;

—частоты переменного электрического тока;

—пути протекания тока через тело человека;

—продолжительности воздействия электрического тока или электрическо­го, магнитного или электромагнитного полей на человека;

—условий внешней природной и производственной среды;

—индивидуальных особенностей людей.

Проходя через живые ткани, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое воздействие. Обычно выделяют два вида

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

поражений электрическим током: местные электрические травмы и электри­ческий удар. Местные электрические травмы: ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрический ожог возможен при прохождении через тело челове­ка значительных токов, в результате выделения тепла и нагрева пораженных тканей до температуры более 60 °С. Возможны также ожоги и без прохожде­ния тока через тело человека, например, электрической дугой или при при­косновении к сильно нагретым частям электрооборудования, от разлетающих­ся раскаленных частиц металла и т. д.

Электрические знаки (метки тока) возникают при хорошем кон­такте с токоведущими частями. Они представляют собой припухлость с за­твердевшей в виде мозоли кожей серого или желтовато-белого цвета, круглой или овальной формы. Края электрического знака резко очерчены белой или серой каймой. Природа электрических знаков не выяснена. Предполагается, что они вызваны химическими и механическими действиями тока.

Электрометаллизация кожи — проникновение под поверхность ко­жи частиц металла вследствие разбрызгивания и испарения его под воздейст­вием тока, например при горении дуги.

Электроофтальмия — поражение глаз вследствие воздействия ультра­фиолетового излучения электрической дуги или ожогов.

Механические повреждения (ушибы, переломы и пр.) имеют мес­то при падении с высоты вследствие резких непроизвольных движений или потери сознания, вызванных действием тока.

Электрический удар наблюдается при воздействии малых токов при неболь­ших напряжениях. Ток действует на нервную систему и на мышцы, вызывая паралич пораженных органов. Паралич дыхательных мышц, а также мышц сердца может привести к смертельному исходу. Прохождение тока может вы­звать фибрилляцию сердца — беспорядочное сокращение и расслабление мы­шечных волокон сердца. Опытным путем установлено, что большие значения тока и напряжения более опасны. Наиболее опасен переменный ток. Чем ко­роче время воздействия тока, тем меньше опасность. В табл. 16.1 приведены значения постоянного и переменного тока, оказывающие определенные воз­действия на человека.

Обычно выделяют следующие пороговые значения тока: порог ощущений тока — наименьший ощутимый ток (0,5-1,5 мА); порог неотпускающего тока — наименьший ток, при котором человек уже не может самостоятельно осво­бодиться от захваченных электродов действием тех мышц, через которые про­ходит ток (6—10 мА); смертельный ток (100 мА и более). Пороговые значения зависят от индивидуальных особенностей людей, а опасность поражения током зависит не только от длительности, величины тока и напряжения, но и ряда других факторов: пути тока в теле человека, состояния внешней среды и дру­гих. Наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце.

По применяемым мерам по электробезопасности различают следующие виды электроустановов: 1) выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной ней-

16.1. Классификация электротехнических установок

Таблица 16.1. Воздействие постоянного и переменного тока на человека

Значение то­ка, проходя­щего через тело, мА

Характер воздействия

переменного тока (50—60 Гц)

постоянного тока

0,5—1,5 Легкое дрожание пальцев рук 2,0—3,0 Сильное дрожание пальцев рук;

ощущение доходит до запястья 5,0-7,0 Легкие судороги в руках; болевые ощущения

в руках 8,0—10 Руки трудно, но еще можно оторвать от элект­родов; сильные боли в пальцах, кистях рук

и предплечьях 20—25 Паралич рук; оторвать их от электродов

невозможно; очень сильные боли; дыхание

затруднено 50-80 Остановка дыхания; начало фибрилляции

сердца

90—100 Остановка дыхания; при длительности 3 с и более остановка сердца

Не ощущается То же

Зуд; ощущение нагрева

Усиление ощущения нагрева

Еще больше усиление нагрева; незначительное сокращение мышц рук

Сильное ощущение нагрева; сокращение мышц рук; судороги, затруднение дыхания Остановка дыхания

тралью (с большими — более 500 А — токами замыкания на землю); 2) выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю); 3) до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью; 4) до 1 кВ с изолирован­ной нейтралью.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называют трехфазную электрическую сеть выше 1 кВ, в которой коэффициент замыка­ния на землю не превышает 1,4. Под коэффициентом замыкания на землю понимается отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Глухозаземленная нейтраль - нейтраль трансформатора или гене­ратора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или че­рез малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генерато­ра, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к не­му через приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогася-щие реакторы и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Величина тока и путь его протекания через тело человека зависят от схе­мы прикосновения к частям электроустановок, находящимся под напряжени­ем; состояния изоляции токоведущих частей; режима работы нейтрали источ­ника питания, величины сопротивления тела человека и от ряда других обстоятельств. Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть двухполюсными и однополюсными.

Наиболее опасным считается двухполюсное прикосновение, когда ток че­рез тело человека определяется линейным напряжением и его сопротивлени-

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

Рис. 16.1. Прикосновение к се­ти с заземленной нейтралью: а — двухполюсное; б — однопо­люсное

ем и проходит по одному из самых опасных путей: «рука—рука» (рис. 16.1, а; 16.2, а) и «рука—нога» (рис. 16.1, б; 16.2, б). Случаи двухполюсного прикос­новения относительно редки.

Наиболее частыми случаями являются однополюсные прикосновения (рис. 16.1, б; 16.2, б, г), когда в тяжести поражения важную роль играет режим работы нейтрали. При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью (рис. 16.2, б) последовательно с сопротивлением человека оказы­ваются включенными сопротивление изоляции и емкости относительно зем­ли двух других фаз, и ток через тело человека ограничивается его сопротивле­нием, а также эквивалентным сопротивлением изоляции и переходным сопротивлением «ноги—земля».

В случае однополюсного прикосновения к одной из фаз сети с изолиро­ванной нейтралью при наличии одновременного замыкания на землю другой фазы, когда сопротивление этой фазы становится небольшим (рис. 16.2, г), человек оказывается под линейным напряжением, как при двухполюсном

IT X

Ш

а б - ~ ~ZZ~'""^CZ - --*" в

Рис. 16.2. Прикосновение в сети с изолиро­ванной нейтралью:

а — двухполюсное; б — однополюсное при не­совершенной изоляции; в — однополюсное при пробое фазы на корпус; г — однополюс­ное при одновременном замыкании на землю одной из двух фаз

16.1. Классификация электротехнических установок 479

прикосновении. При прикосновении человека к нетоковедущим металличес­ким частям электроустановки в сети с изолированной нейтралью, оказавшей­ся под напряжением вследствие нарушения изоляции, часть тока замыкания на землю проходит через тело человека (рис. 16.2, в). В указанных электриче­ских сетях ток замыкания на землю зависит от состояния изоляции (сопро­тивление токам утечки) и емкостного сопротивления или, другими словами, от протяженности электрической сети и ее технического состояния. Поэтому в электроустановках напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью безо­пасность персонала обеспечивается при сравнительно небольшой протяжен­ности сети и высоком уровне сопротивления изоляции, что, в свою очередь, обеспечивается путем непрерывного контроля изоляции, своевременного и быстрого отыскания и устранения мест ее повреждения. Если электрические сети разветвленные или имеют напряжение выше 1 кВ, емкость сети значи­тельна и система с изолированной нейтралью теряет свое преимущество, так как снижается сопротивление участка цепи «фаза—земля», и в таких случаях предпочтение должно отдаваться, особенно в электроустановках напряжени­ем до 1 кВ, сети с заземленной нейтралью.

При однополюсном прикосновении человека в электрической сети с за­земленной нейтралью он оказывается под фазным напряжением, и ток про­ходит через тело человека, землю и заземленную нейтраль (рис. 16.1, б).

При прикосновении человека к одной из фаз электрической сети с зазем­ленной нейтралью в то время, когда другая фаза будет иметь замыкание на землю, к телу человека будет приложено напряжение больше фазного, но меньше линейного. При прикосновении человека к нетоковедущим частям электроустановки, имеющей нарушение изоляции (пробой на корпус), он оказывается включенным в цепь «фаза—корпус—тело человека—земля—за­земленная нейтраль» параллельно цепи «фаза—корпус—земля—заземленная нейтраль». Во всех рассмотренных случаях прикосновения большую роль иг­рает любое добавочное сопротивление, включенное последовательно с со­противлением тела человека (сопротивление пола, обуви, защитных средств).

Во всех случаях соединения частей электроустановки, находящихся под на­пряжением, с землей или с металлическими нетоковедущими частями, не изо­лированными от земли, от них в землю проходит ток через электрод, который осуществляет контакт с землей. Специальный металлический электрод, нахо­дящийся в соприкосновении с землей, принято называть заземлителем.

Электробезопасность обеспечивается: конструкцией электроустановок; техническими способами и средствами; организационными и техническими мероприятиями.

Для безопасности труда персонала необходимо:

— соблюдение соответствующих расстояний до токоведущих частей или пу­
тем закрытия, ограждения токоведущих частей;

- применение блокировки аппаратов и ограждающих устройств для пре­
дотвращения ошибочных операций и доступа к токоведущим частям;

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

—применение надлежащей изоляции, а в отдельных случаях — повы­шенной;

—применение двойной изоляции;

—компенсация емкостных токов замыкания на землю;

—надежное и быстродействующее автоматическое отключение частей эле­ктрооборудования, случайно оказавшихся под напряжением и поврежденных участков сети, в том числе защитного отключения;

—заземление или зануление корпусов электрооборудования и элементов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие по­вреждения изоляции;

—выравнивание потенциалов;

—применение разделительных трансформаторов;

—применение напряжений < 42 кВ переменного тока частотой 50 Гц и < 110 В постоянного тока;

—использование предупреждающей сигнализации, надписей и плакатов;

— применение устройств, снижающих напряженность электрических
полей;

— использование защитных средств и приспособлений, в том числе для за­
щиты от воздействия электрического поля, в которых напряженность превы­
шает допустимые нормы.

Все перечисленные мероприятия представляют конструктивные и техниче­ские способы и средства обеспечения безопасности. Ни одну из перечислен­ных выше мер нельзя считать универсальной.

В электрических сетях с изолированной нейтралью ток замыкания на зем­лю зависит не только от сопротивления изоляции, но и от ее емкости, а по­следняя - от протяженности электрической сети и ее геометрических параме­тров. В процессе эксплуатации емкость электрической сети меняется лишь с изменением объема включенных под напряжение элементов сети. Снижение емкостной составляющей тока замыкания на землю в сети достигается вклю­чением параллельно с ее емкостью индуктивности. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю осуществляется в электрических се­тях напряжением выше 1 кВ. Компенсирующая катушка включается между нейтралью и землей, как показано на рис. 16.3, а.

На векторной диаграмме (рис. 16.3, б, в) показан ток замыкания на землю и его составляющие без компенсации и в компенсированной сети. К актив­ной и емкостной составляющим тока замыкания на землю добавляются ак­тивный и индуктивный токи компенсирующей катушки (7_{а к} I_L). При настрой­ке катушки индуктивности в резонанс емкостная и индуктивная составляющие, находящиеся в противофазе, взаимно уничтожают друг друга и ток замыкания на землю становится равным сумме токов: /_эк = /_г + /_{а к}. Ток замыкания на землю после компенсации емкостной составляющей становит­ся меньше, чем без компенсации (1_ЭК < 1₃). Снижение тока замыкания на зем­лю приводит не только к уменьшению напряжения прикосновения и шага, но и способствует гашению дуги между токоведущими и заземленными частями

16.1. Классификация электротехнических установок

Рис. 16.3. Компенсация емкостной составляющей тока замы­кания на землю: а - принципиальная схема; б - векторная диаграмма тока за­мыкания на землю в сети без компенсации; в - векторная диа­грамма тока замыкания на землю при полной компенсации

в случае их соединения и ликвидации повреждения — замыкания на землю. Поэтому компенсирующие катушки иногда называют дугогасящими.

Заземление электроустановок осуществляется преднамеренным электриче­ским соединением с заземляющим устройством, которое представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель — проводник или совокупность металлически соединенных между собой про­водников, находящихся в соприкосновении с землей. Заземляющим про­водником называется проводник, соединяющий заземляемые части зазем­лителя.

Различают следующие виды заземлений: защитное — для обеспечения эле­ктробезопасности; рабочее — для обеспечения нормальных режимов работы установки; молниезащитное — для защиты электрооборудования от перена­пряжений и молниезащиты зданий и сооружений. В большинстве случаев од­но и то же заземление выполняет несколько функций одновременно.

Упрощенная картина растекания тока в землю и распределение потенциала земли вокруг заземлителя показана на рис. 16.4. В цепи замыкания на землю наибольшим потенциалом обладает заземлитель. Точки, лежащие на поверхно­сти земли, имеют тем меньший потенциал, чем они дальше удалены от зазем­лителя. Зоной растекания называется область земли, в пределах которой возникает заметный градиент потенциала при стекании тока с заземлителя. Зо­ной нулевого потенциала называется зона земли за пределами зоны рас­текания. Если человек стоит на земле и касается оказавшегося под напряжени­ем заземленного корпуса, разность потенциалов между корпусом, соединенным металлическим проводником достаточной проводимости с заземлителем, и точ-

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

Рис. 16.4. Напряжения прикосновения в зоне растекания тока замыкания на корпус

кой грунта, на которой расположены его ноги, равна напряжению при­косновения и может быть определена как разность потенциалов заземлите-ля и данной точки грунта. Например, для точки 1 (рис. 16.5).

и = и - и,.

В общем случае под напряжением прикосновения понимается напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Если на заземлитель подать потенциал, то в точках земли, расположенных в непосредственной близости от него, возникнут потенциалы, измеряемые от-

U =AU

16 L, м

Рис. 16.5. Распределение потенциалов в зоне растекания и напряжение шага

16.1. Классификация электротехнических установок

носительно удаленной точки. С удалением от места расположения заземлите-ля потенциал уменьшается (зависимость обратно пропорциональна расстоя­нию) и в удаленных точках близок к нулю. Таким образом, в качестве точек нулевого потенциала могут служить точки, достаточно удаленные от заземли-теля (обычно достаточно расстояние в несколько десятков метров). Крутизна кривой распределения потенциалов зависит от проводимости грунта: чем меньше проводимость грунта, тем более пологую форму имеет кривая, тем дальше расположены точки нулевого потенциала.

Человек, находящийся на поверхности земли в зоне растекания тока, по­падает под шаговое напряжение, физический смысл которого виден из рис. 16.5. Напряжением шага называется напряжение между двумя точ­ками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Величина электрического тока, проходящего че­рез тело человека под действием шагового напряжения, зависит от длины ша­га, а также от крутизны кривой потенциалов.

Занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется пред­намеренное соединение части электроустановок, нормально не находящих­ся под напряжением, с заземленной нейтралью генератора или трансформа­тора в сетях трехфазного тока, с заземленной средней точкой в сетях постоянного тока.

Нулевым защитным проводником (^-проводником) в электроус­тановках напряжением до 1 кВ называется проводник, соединяющий зануля-емые части: с заземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока; с заземленным выводом источника однофазного тока; с за­земленной средней точкой источника постоянного тока.

Нулевым рабочим проводником (./V-проводником) в электроуста­новках до 1 кВ называется проводник, используемый для питания электропри­емника, соединенный с заземленной нейтралью генератора или трансформато­ра в сетях трехфазного тока, с заземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной средней точкой источника постоянного тока.

Р£7У-проводником называется проводник в системе TN, который при­соединен к заземленной нейтрали источника и одновременно выполняет функции нулевого защитного проводника (/^-проводника) и нулевого рабо­чего проводника (N-проводника).

Сопротивление, которое оказывают току заземлитель и грунт, называется сопротивлением растеканию. В практике сопротивлению растекания соответствует термин «сопротивление заземлителя». Сопротивление заземлителя определяется отношением напряжения £/₃ на заземлителе относи­тельно точки нулевого потенциала к току /₃, стекающему с заземлителя в землю:

*,= Ц//,. (16-1)

Удельное сопротивление грунта зависит от его характера, температуры, со­держания в нем влаги и электролитов. Геофизические изыскания верхних ело-

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

ев земли показали, что электрическая структура грунта в большинстве случа­ев имеет вид выраженных слоев с различным сопротивлением и практически с горизонтальными границами. В горизонтальном направлении удельное со­противление обычно изменяется незначительно. В верхнем слое до глубины примерно 3 м наблюдаются заметные сезонные изменения удельного сопро­тивления, вызываемые изменениями температуры, количества и интенсивно­сти выпадающих осадков и другими факторами. Наибольшее сопротивление имеет место в зимнее время при промерзании грунта и в летнее время — при его высыхании. Измерение удельного сопротивления грунта обязательно, что­бы не тратить лишние средства на сооружение заземлений и чтобы не при­шлось после сооружения установки осуществлять дополнительные мероприя­тия по расширению заземляющих устройств. Для получения достоверных результатов измерение удельного сопротивления следует производить для всех сезонов года. Чаще их проводят в теплое время года, а увеличение сопротив­ления при высыхании или промерзании грунта учитывают с помощью повы­шающих коэффициентов.

Для устройства заземлений в установках переменного тока следует в пер­вую очередь использовать естественные заземлители, которыми назы­вают находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначе­ния, используемые для целей заземления.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать: проло­женные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за ис­ключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывчатых газов и смесей; обсадные трубы скважин; металлические и железобетонные конструк­ции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей; свин­цовые оболочки кабелей, проложенных в земле; рельсовые магистральные не-электрифицированные железнодорожные пути и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

Алюминиевые оболочки кабелей, выпускаемые с защитными покровами для предотвращения коррозии алюминия при соприкосновении с землей, не допускаются к использованию в качестве заземлителей. Стальная броня кабе­лей как заземлителей в расчет не принимается.

Рассмотренные естественные заземлители имеют малое сопротивление растеканию. Рациональное использование естественных заземлителей упро­щает и удешевляет сооружение заземляющих устройств. Если естественные заземлители обеспечивают соответствие нормам электрических характеристик заземлителя, то искусственные заземлители следует применять лишь при необходимости уменьшения токов, протекающих по естественным зазем-лителям или стекающих с них в землю. Для снижения затрат на заземляющие устройства в ряде случаев можно ограничиться использованием только есте­ственных заземлителей.

Искусственные заземлители обычно выполняют из стальных вертикальных электродов (труб, уголков, стержней) с расположением верхнего конца у по-

16.1. Классификация электротехнических установок

верхности земли или ниже уровня земли на 0,5—0,7 м. При этом способе со­противление заземления относительно стабильно из-за малости изменения влажности и температуры грунта.

При выборе размеров вертикальных электродов необходимо учитывать: обеспечение требуемого сопротивления заземлителя при наименьшем расходе металла; механическую устойчивость электрода при погружении в грунт; ус­тойчивость к коррозии электродов, расположенных в грунте.

Устойчивость к коррозии электрода в земле в основном определяется его толщиной и площадью поверхности на единицу длины. Наиболее целесооб­разно использовать круглые стержни, имеющие при равных сечениях наи­большую толщину и наименьшую поверхность. Сопротивление растеканию определяется в основном длиной электрода и мало зависит от его поперечных размеров. Рекомендуется принимать длину вертикальных стержневых элект­родов 2—5, а электродов из стального уголка 2,5—3 м. Применение электродов большей длины целесообразно при высоком сопротивлении грунта и малой площади, отводимой под устройство заземлителя.

Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей: 10 мм — ди­аметр неоцинкованных круглых заземлителей; 6 мм — оцинкованных; 48 мм² — сечение прямоугольных заземлителей; 4 мм — толщина прямоугольных за­землителей и полок угловой стали.

Наибольшую механическую прочность при погружении в грунт при одина­ковом поперечном сечении имеют трубы и уголки, наименьшую — круглые стержни. Часто применяют стальные уголки № 50 и 60, стальные стержни ди­аметром 12—16 мм. Применение стержней приводит к экономии металла, под­дается механизации процесс погружения электродов (ввертыванием, вдавли­ванием, вибрацией). При длине электродов до 10 м достаточно эффективным оказалось их ввертывание электрическим приводом.

Погруженные в грунт вертикальные электроды соединяют стальными по­лосами или круглой сталью на глубине 0,5-0,7 м, приваренными к верхним концам вертикальных электродов. Круглая малоуглеродистая сталь диаметром 10—16 мм имеет при прочих равных условиях большую устойчивость против коррозии, чем полосовая сталь.

Обычно заземлитель состоит из нескольких параллельно соединенных эле­ктродов, расположенных на относительно небольших расстояниях друг от друга. Это вызывает экранирование, приводящее к относительному уменьше­нию объема грунта при растекании тока с каждого электрода, и увеличивает сопротивление заземлителя. Если заземлитель из одного электрода имеет со­противление R₃, то сопротивление заземлителя из п параллельно заключенных электродов

*з = *,/(*..,")> (16.2)

где К_ИЗ — коэффициент использования электрода, который уменьшается с увеличением числа электродов и сокращением расстояния между ними.

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

Увеличение числа вертикальных электродов при тех же размерах ряда или контура приводит к незначительному снижению сопротивления рас­теканию.

При проектировании и монтаже электроустановок в сетях с глухо зазем­ленной нейтралью самое большое внимание следует обращать на три основ­ных составляющих суммарного сопротивления: Х_г0 — индуктивное сопротив­ление токам нулевой последовательности фазы обмотки трансформатора; Х_Пф0 — индуктивное сопротивление между фазным и нулевым проводниками; /?_1пк — суммарное сопротивление переходных контактов в цепи петли «фаза-ноль». На КТП должны применяться трансформаторы со схемой соединения обмоток при мощности до 400 кВА — «звезда—зигзаг», при мощности более 400 кВА — «треугольник-звезда с нулем» вместо схемы соединения обмоток «звезда—звезда с нулем», так как у первых индуктивное сопротивление Х^ в несколько раз меньше, чем у последнего.

Сопротивление Х_пф0 в значительной степени зависит от расстояния между фазными проводами и защитным нулевым проводником, а также от других ге­ометрических размеров и конструкции электропроводки. Нулевой защитный проводник должен быть расположен в той же металлической трубе, что и фаз­ный при трубных электропроводках (в том же металлическом коробе, что и фазные), при кабельных проводниках следует применять четвертую жилу ка­беля. Если, например, фазные провода проложены в металлической трубе, а защитный нулевой проводник — отдельно вне трубы, то индуктивное сопро­тивление между фазными проводами и нулевым проводником из-за экрани­рования трубы будет чрезмерно большим (^_пф0—» °о), и поэтому при замы­кании фазы на трубу ток однофазного замыкания по нулевому проводнику практически не потечет и будет значительно меньшим.

При эксплуатации в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью особенно тщательно необходимо выполнять монтаж и следить за состоянием контактных соединений /?_1пк и полного сопротивления z„^_Q петли «фаза-ноль» всех электроприемников для обеспечения необходимой кратности тока однофазного замыкания в целях надежного его отключения защитными аппа­ратами.

Системы заземления электрических сетей могут быть следующих типов: TN-S, TN-C, TN-C-S, ТТ и IT. В условных обозначениях систем заземления буквы означают:

первая буква — характер заземления источника питания (Т — непо­средственное присоединение хотя бы одной точки токоведущих частей источ­ника питания к земле; / — все токоведущие части источника питания изоли­рованы от земли или одна точка заземлена через большое сопротивление, разрядник, воздушный промежуток и т. д.;

вторая б у к в а — характер заземления открытых проводящих частей эле­ментов электрической сети и электроприемников (Т — непосредственная связь открытых проводящих частей с землей независимо от характера связи источника питания с землей; N — непосредственная связь открытых токопро-

16.1. Классификация электротехнических установок 487

L, о-

L, о- N»

+

РЕЪ-?-

Г

I

V

Ч, И.

Л

7^ — нулевой рабочий про­водник (А/);

7^ — нулевой защитный про­водник (РЕ);

-f- — совмещенный рабочий нулевой и защитный проводник (PEN).

£,о-

L₂o -----

РЕЫГТ-

Ч

Ч

■7*

-7*

Ч

РЕ

N

L,o-

7*

/>Ј7Vt-

Ч

Quot;1

■ J 2 '-

L₂o- yv?-

Л

£,о-i,9"

Ч

Ч

Ч

-F

I

2 i

/>£ /

А

R-F

РЕ

/>£

/,,о 1—! а
N9 /
7 Г^-1-

/.

-F-

2^1

З

3

Рис. 16.6. Системы заземлений электрических сетей:

а - TN-S (нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно); б - TN-C-S (в части сети нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены); в - TN-C (нулевой ра­бочий и нулевой защитный проводники объеди­нены по всей части); г - ТТ; о - IT; 1 — заземле­ние источника питания; 2 — открытые проводящие части; 3 — заземление корпусов оборудования; 4 — сопротивление

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

водящих частей с точкой заземления источника питания, в системах перемен­ного тока обычно заземляется нейтраль);

последующие буквы (если таковые имеются) — характер устройства нулевого рабочего и нулевого защитного проводников (S — функции нулево­го защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками; С — функции нулевого защитного и нулевого рабочего про­водников объединены в одном проводнике (PuV-проводнике).

На рис. 16.6 приведены типы заземления электрических сетей и электро­приемника трехфазного переменного тока.

В последнее время получило распространение и стало обязательным для некоторых низковольтных сетей установки устройств защитного отключения (УЗО). Главгосэнергонадзором утверждены (1997) указания по применению УЗО в электроустановках жилых зданий (рис. 16.7).

Следует иметь в виду увеличивающееся применение малых напряжений (номинальное напряжение не более 42 В между фазами и по отношению к земле), которые применяют для обеспечения электробезопасности. Малые на­пряжения используют для питания электроприемников сравнительно неболь­шой мощности: переносной электроинструмент, ручные переносные лампы и другие. В производственных помещениях применяют напряжения 12, 36 и 42 В. Источниками малого напряжения могут быть батареи гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки, преобразователи час­тоты и, наиболее часто, трансформаторы. Если понижающие трансформато­ры не являются разделительными, то в зависимости от режима нейтрали се-

±±

КМ\

SB&

SBC

Км

О

КА

КА

Рис. 16.7. Схемы защитного отключения при напряжении корпуса относительно земли: а — с автоматическим выключателем; б — с магнитным пускателем; SF— автоматический выклю­чатель; YAT— отключающая катушка; КА — реле-датчик; КМ — магнитный пускатель; SB — кноп­ка контроля; SBC— кнопка пуска; SBT— кнопка «стоп»; R_B — вспомогательный заземлитель; R₃ — защитное заземление (зануление)

16.2. Заземляющие устройства

ти, питающей первичную обмотку, следует заземлять или занулять корпус трансформатора, а также один из выводов (одну из фаз) или нейтраль (сред­нюю точку) вторичной обмотки.

16.2. Заземляющие устройства Общие сведения

Заземляющие устройства в электроустановках выше I кВ в сетях с эффек­тивно заземленной нейтралью следует выполнять с соблюдением требований к их сопротивлению или к напряжению прикосновения, а также к конструк­тивному выполнению и к ограничению напряжения на заземляющем устрой­стве. Норма сопротивления заземляющего устройства в электроустановках напряжением выше I кВ сети с эффективно заземленной нейтралью установ­лена в 0,5 Ом, включая сопротивление естественных заземлителей. С целью уменьшения возможного напряжения прикосновения путем выравнивания электрического потенциала регламентирована конструкция заземляющего ус­тройства. На территории электроустановки должна быть заземляющая сетка, образованная электрически соединенными между собой горизонтальными продольными и поперечными заземлителями.

Продольные заземлители следует прокладывать вдоль осей электро­оборудования со стороны обслуживания на глубине 0,5—0,7 м от поверхности земли и на расстоянии 0,8-1 м от фундаментов или оснований оборудования. Допускается увеличение расстояний от фундаментов или оснований оборудо­вания до 1,5 м с прокладкой одного заземлителя для двух рядов оборудования, если стороны обслуживания обращены друг к другу, а расстояние между фун­даментами двух рядов не превышает 3 м.

Поперечные заземлители нужно прокладывать в удобных местах между оборудованием на глубине 0,5—0,7 м от поверхности земли. Расстояние между соседними поперечными заземлителями рекомендуется принимать уве­личивающимися от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последующие расстояния, начиная от периферии, не должны превышать со­ответственно 4; 5; 6; 7,5; 9; 11; 13,5; 16; 20 м. Такие шаги поперечных зазем­лителей способствуют наиболее полному выравниванию электрических потен­циалов в пределах территории, на которой расположена заземляющая сетка. В местах присоединения нейтралей силовых трансформаторов и короткозамыка-телей к заземляющему устройству размеры сетки не должны превышать 6x6 м².

Горизонтальные заземлители следует прокладывать по краю территории для образования замкнутого контура. Если заземляющее устройство выходит за пределы огороженной территории электроустановки, то горизонтальные за­землители, проложенные вне этой территории, следует прокладывать на глу­бине не менее 1 м. Внешний контур заземляющего устройства рекомендуется выполнять в виде многоугольника с тупыми или скругленными углами. Это

490 Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

требование направлено в первую очередь на уменьшение возможного напря­жения, приложенного к телу человека по пути нога—нога (шаговое напряже­ние) вблизи вершин углов контура.

В целях исключения выноса потенциала за пределы территории электроус­тановки запрещается питание приемников, находящихся вне территории эле­ктроустановки, от трансформаторов с заземленной нейтралью при напряже­ниях 380/220 В, а приемников, находящихся в пределах территории электро­установки, от трансформаторов при 220/127 В. В случае необходимости пита­ние таких приемников должно осуществляться от трансформаторов с изоли­рованной нейтралью.

В электроустановке выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства при прохождении через него расчетного тока в любое время года с учетом естест­венных заземлителей должно удовлетворять условию

*з=£/_расч//_расч, <¹⁶-³)

где /_расч — расчетный ток через заземляющее устройство (полный ток замыка­ния на землю при полностью включенных присоединениях связанной се­ти); £/_расч — расчетное напряжение на заземляющем устройстве по отношению к земле.

Емкостный ток замыкания на землю

(16.4) U(35l_K+l_B)

250 '

где U — межфазное напряжение сети, кВ; /_к, /_в — общие длины электрически связанных между собой кабель­ных и воздушных линий, км.

В качестве £/_расч принимается 125 В, если заземляющее устройство использу­ется одновременно для электроустановок с напряжением до 1 кВ, при этом должны выполняться требования, предъявленные к заземлению электроустано­вок до 1 кВ. При использовании заземляющего устройства только для электро­установок выше 1 кВ £/_расч = 250 В, но при этом /J, не должно превышать 10 Ом.

В качестве расчетного тока в сетях с компенсацией емкостных токов при­нимается: для заземляющих устройств, к которым присоединены компенси­рующие аппараты, — ток, равный 125 % номинального тока этих аппаратов; для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, — остаточный ток замыкания на землю, проходящий в данной се­ти при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов или на­иболее разветвленного участка сети.

В качестве расчетного тока с целью облегчения устройства заземлений до­пускается принимать ток плавления предохранителей или ток срабатывания

пепейнпй чяшиты от плнпгЬячныу члмкт^яний ня чемпт ипи межЖячных чямы-

I

16.2. Заземляющие устройства

каний, если защита обеспечивает отключение замыканий на землю. Ток за­мыкания на землю не должен быть менее трехкратного номинального тока предохранителя или полуторакратного тока срабатывания релейной защиты.

В электроустановках до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью требо­вания, предъявляемые к заземляющему устройству, учитывают особенности обеспечения электробезопасности людей системой зануления при замыкани­ях на корпус. Установлено, что сопротивление заземляющих устройств, к ко­торым присоединяют нейтрали трансформаторов и генераторов или выводы источника однофазного тока, зависит от линейного напряжения в трехфазных сетях или от напряжения источника однофазного тока, а также от удельного сопротивления земли.

При линейном напряжении 660, 380, 220 В или напряжении однофазного тока 380, 220, 127 В удельное сопротивление заземляющего устройства в тече­ние всего срока его службы не должно превышать соответственно 2, 4 и 8 Ом. Требуемое сопротивление заземляющего устройства должно обеспечиваться с учетом использования естественных заземлителей, а также системы повтор­ных заземлений нулевого провода ВЛ напряжением до 1 кВ, однако в тех слу­чаях, когда количество ВЛ не менее двух. При удельном сопротивлении р земли более 100 Омм допускается увеличивать нормы сопротивления зазем­ляющих устройств в 0,01р раз, но не более чем в 10 раз.

Для обеспечения автоматического отключения участка с однофазным за­мыканием заземляющие проводники следует выбирать таким образом, чтобы при замыкании на корпус или нулевой провод возникал ток короткого за­мыкания, превышающий: в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближай­шего предохранителя; в 3 раза номинальный ток нерегулированного расцепи-теля или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только отсечку, проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженной на коэффициент, учитывающий разброс, и на коэффициент запаса 1,1. При отсутствии завод­ских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А кратность тока короткого замыкания относительно уставки следует при­нимать не менее 1,4, а с номинальным током свыше 100 А — не менее 1,25. Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях долж­на быть не менее 50 % проводимости фазного проводника.

Дата добавления: 2015-07-17