4.5.5. Основні технічні заходи захисту в електроустановках. Причини ураження електричним струмом та основні заходи захисту
Основні причини нещасних випадків від дії електричного струму:
випадковий дотик, наближення на небезпечну відстань до струмопровідних частин, що перебувають під напругою;
поява напруги дотику на металевих конструктивних частинах електроустаткування (корпусах, кожухах тощо) у результаті пошкодження ізоляції або з інших причин;
поява напруги на відключених струмопровідних частинах, на яких працюють люди, внаслідок помилкового включення установки;
виникнення напруги кроку на поверхні землі через замикання проводу на землю.
Основними заходами захисту від ураження електричним струмом є:
забезпечення недоступності струмопровідних частин, що перебувають під напругою, для випадкового дотику;
електричний поділ мережі;
усунення небезпеки ураження з появою напруги на корпусах, кожухах та інших частинах електроустаткування, що досягається захисним заземленням, зануленням, захисним відключенням;
застосування малих напруг;
захист від випадкового дотику до струмопровідних частин застосуванням кожухів, огорож, подвійної ізоляції;
захист від небезпеки при переході з вищої на нижчу напругу;
контроль і профілактика пошкоджень ізоляції;
компенсація ємнісної складової струму замикання на землю;
застосування спеціальних електрозахисних засобів - переносних приладів і запобіжних пристроїв;
організація безпечної експлуатації електроустановок.
Застосування малих напруг. Якщо номінальна напруга електроустановки не перевищує тривало допустимої напруги дотику, знижується небезпека ураження електричним струмом. Найбільший ступінь безпеки досягається при малих напругах 6-12 В при живленні споживачів від акумуляторів, гальванічних елементів, випрямних установок, перетворювачів частоти, знижувальних трансформаторів на напругу 12, 24, 36, 42 В. Використання малих напруг обмежується труднощами створення протяжної мережі, тому вони застосовуються у ручних електрифікованих інструментах, переносних лампах, лампах місцевого освітлення, сигналізації.
Електричний розподіл мережі. Розгалужена мережа великої довжини має значну ємність і малий активний опір ізоляції щодо землі. Струм замикання на землю в такій мережі може бути значним. Якщо єдину сильно розгалужену мережу з великою ємністю і малим опором ізоляції розділити на ряд невеликих мереж такої самої напруги, які матимуть незначну ємність і високий опір ізоляції, небезпека ураження різко знизиться. Звичайно електричний розподіл мереж здійснюється шляхом підключення електроприймачів через розподільний трансформатор окремих електроприймачів, що живляться від основної розгалуженої мережі.
Захист від небезпеки при переході з вищої напруги на нижчу. При пошкодженні ізоляції між обмотками вищої і нижчої напруг трансформатора виникає небезпека переходу напруги і, як наслідок, небезпека ураження людини, виникнення займання і пожеж. Способи захисту залежать від режиму нейтралі. Мережі напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю, сполучені через трансформатор з мережами напругою вище за 1000 В, мають бути захищені пробивним запобіжником, установленим у нейтралі чи фазі з боку нижчої напруги трансформатора. Тоді у випадку пошкодження ізоляції між обмотками вищої і нижчої напруг цей запобіжник пробивається і нейтраль або фаза нижчої напруги заземлюється. Напруга нейтралі щодо землі Uз = Iз * R0. Заходом захисту є зниження цієї напруги до безпечного заземлення нейтралі з опором R0 < 4 Ом.
Пробивні запобіжники застосовуються, коли вища напруга є більшою за 1000 В. Якщо вища напруга буде нижчою за 1000 В, пробивний запобіжник не спрацює. Тому вторинні обмотки знижувальних трансформаторів для живлення ручного електроінструмента і ручних ламп малою напругою заземлюють.
Контроль і профілактика пошкоджень ізоляції. Профілактика пошкоджень ізоляції спрямована на забезпечення її надійної роботи. Насамперед необхідно виключити механічні пошкодження, зволоження, хімічний вплив, запилення, перегріви. Але навіть у нормальних умовах ізоляція поступово втрачає свої початкові властивості, "старіє". З часом розвиваються місцеві дефекти. Опір ізоляції починає різко зменшуватися, а струм витоку - непропорційно зростати. У місці дефекту з'являються часткові розряди струму, ізоляція вигорає. Відбувається так званий пробій ізоляції, внаслідок чого виникає коротке замикання, що, у свою чергу, може спричинити пожежу чи ураження людей струмом.
Щоб підтримувати діелектричні властивості ізоляції, необхідно систематично виконувати профілактичні випробування, огляди, видаляти непридатну ізоляцію і заміняти її.
Періодично в приміщеннях без підвищеної небезпеки не рідше одного разу на два роки, а в небезпечних приміщеннях - кожні півроку перевіряють відповідність опору ізоляції нормі. При виявленні дефектів ізоляції, а також після монтажу мережі, її ремонту на окремих ділянках, відключення мережі між кожним проводом і землею та між проводами різних фаз проводять вимірювання. При цьому в силових колах відключають електричні приймачі, апарати, прилади; в освітлювальних - відгвинчують лампи, а штепсельні розетки, вимикачі та групові щитки залишають приєднаними. Перед початком вимірювань необхідно переконатися в тому, що на досліджуваній ділянці мережі (між двома запобіжниками або за останнім запобіжником) або на устаткуванні ніхто не працює і воно відключене. Кабелі, шини, електричні машини, повітряні лінії, конденсатори "розряджають на землю", тобто торкаються заземленим проводом відключених струмопровідних частин кожної фази, знімаючи залишковий ємнісний заряд. Значення виміряного опору ізоляції має бути не нижчим за норму, зазначену в ПУЕ (не менше 0,5 МОм/фазу ділянки мережі напругою до 1000 В).
Для вимірювання використовують прилад - мегаомметр на напруги 500, 1000, 2500 В з межами вимірів 0-100, 0-1000, 0-10000 МОм. Щоб мати уявлення ще й про опір ізоляції всієї мережі, вимірювання потрібно проводити під робочою напругою з підключеними споживачами. Такий контроль можливий тільки в мережах з ізольованою нейтраллю (у мережі з заземленою нейтраллю постійний струм приладу контролю ізоляції замикається через заземлення нейтралі, і мегаомметр показуватиме нуль).
Застосовується також постійний (безперервний) контроль ізоляції - вимірювання опору ізоляції під робочою напругою протягом усього часу роботи електроустановки без автоматичного відключення. Відлік опору ізоляції здійснюється за шкалою приладу. При зниженні опору ізоляції до гранично допустимого чи нижче, прилад подає звуковий або світловий сигнал або обидва сигнали разом. З вітчизняних приладів контролю ізоляції найбільшого поширення одержали ПКІ, РУВ, УАКІ, М-143, МКН-380, Ф-419. Найпростішим засобом контролю ізоляції є вольтметр. В установках напругою до 1000 В вольтметри підключають безпосередньо до фаз, а в установках з напругою понад 1000 В - через вимірювальний трансформатор.
На підприємствах широко застосовується випробування ізоляції підвищеною напругою. Цей метод є найбільш ефективним для виявлення місцевих дефектів ізоляції і визначення її міцності, тобто здатності довгостроково витримувати робочу напругу. Електричні машини й апарати випробовують струмом промислової частоти, як правило, протягом 1 хв. Подальша дія струму може вплинути на якість ізоляції. Значення випробної напруги нормується залежно від номінальної напруги електроустановки і виду ізоляції.
Захист від випадкового дотику до струмопровідних частин. Щоб виключити можливість дотику або небезпечного наближення до відкритих струмопровідних частин, слід забезпечити недоступність за допомогою захисних засобів, огорож, блокувань чи розташування струмопровідних частин на недоступній висоті в недоступному місці. Огорожі бувають як суцільні, так і сітчасті (сітка 25x25 мм). Суцільні огорожі у вигляді кожухів і кришок використовують для електроустановок напругою до 1000 В. Сітчасті огорожі застосовують в установках напругою до 1000 В і вище.
За допомогою блокувань захищають електроустановки напругою понад 250 В, у яких часто виконують роботи на необгороджених струмопровідних частинах. Блокування забезпечує зняття напруги зі струмопровідних частин електроустановок при проникненні до них без зняття напруги. За принципом дії блокування поділяють на механічні, електричні й електромагнітні. Електричні блокування розривають коло контактами, встановленими на дверях огорож, кришках і дверцятах кожухів. Механічні блокування застосовують в електричних апаратах (рубильниках, пускачах, автоматах). В апаратурі автоматики, обчислювальних машинах і радіоустановках ви-користовують блокові схеми: коли блок висувається або віддаляється зі свого місця, штепсельне рознімання розмикається. Таким чином, блок відключається автоматично при відкриванні його струмопровідних частин. Використання блокувань є також доцільним для попередження помилкових дій персоналу при переключеннях у розподільних пристроях і на підстанціях.
Для захисту від дотику до частин, що перебувають під напругою, застосовується подвійна ізоляція — електрична ізоляція, що складається з робочої і додаткової. Робоча ізоляція — ізоляція струмопровідних частин електроустановки. Додаткова ізоляція виконується виготовленням корпусу з ізолюючого матеріалу (електропобутові прилади).
Компенсація ємностей складової струму замикання на землю. Струм замикання на землю, як і струм крізь людину в мережі з ізольованою нейтраллю, залежить не тільки від опору ізоляції, а й від ємності мережі щодо землі. Контроль і профілактика пошкоджень ізоляції дають змогу підтримувати її опір на високому рівні. Ємність фаз щодо землі не залежить від будь-яких дефектів; вона визначається загальною довжиною мережі, висотою підвісу проводів повітряної мережі, товщиною фазної ізоляції живильного кабелю, тобто геометричними параметрами. Тому ємність мережі не може бути знижена. У процесі експлуатації ємність мережі змінюється лише за рахунок відключення і включення окремих ліній, що визначається потребами електропостачання.
Оскільки неможливо зменшити ємність мережі, зниження струму замикання на землю досягається шляхом компенсації його ємнісної складової індуктивністю. При цьому компенсаційна котушка включається між нейтраллю і землею, як показано на рис. 4.16. При замиканні на землю в трипроводовій мережі з ізольованою нейтраллю струм проходить через перехідний опір r' (провідність g') і далі через опір ізоляції двох інших фаз rb та rc (провідності gb і gc) і паралельно крізь ємності Сb і Сс (провідності bb і bс). Цей струм має дві складові - активну Іr й ємнісну Ic (рис. 4.16 б). На векторній діаграмі показано суму струмів до (рис. 4.16 б) і після (рис. 4.16 в) компенсації.
До активної і ємнісної складових струму замикання на землю додаються активний та індуктивний струми компенсаційної котушки (наявність активної складової пояснюється активними втратами в котушці). Ємнісна й індуктивна складові перебувають у протифазі і при настроюванні в резонанс взаємно знищують одна одну. Активні складові складаються, тобто струм замикання на землю Iзк = Іr + Іка і стає значно меншим, ніж до компенсації (тут Іка - активний струм компенсаційної котушки). У разі неповної компенсації ємності може бути деяка ємнісна складова струму замикання на землю (при недокомпенсації); індуктивна - при перекомпенсації. Проте в обох випадках струм замикання на землю знижується.
Компенсаційні котушки іноді називають дугогасними, оскільки, зменшуючи струм замикання на землю, вони сприяють гасінню дуги між струмопровіднйми і заземленими частинами і тим самим ліквідації пошкодження, тобто сприяють замиканню на землю. Цей захист застосовується як доповнення до захисного відключення або заземлення.
Захисне заземлення, занулення і захисне відключення. Однофазові замикання струму, які можуть виникнути в електричних машинах, апаратах, приладах, на ЛБП, небезпечні тим, що на корпусах та опорах з'являються напруги, достатні для ураження людини і виникнення пожежі. Струм замикання створює небезпечні напруги не тільки на самому устаткуванні, а й поблизу нього, розповсюджуючись через основи і фундаменти.
Захист від ураження електричним струмом і загорянь можна здійснити захисним відключенням (відключають пошкоджені ділянки мережі швидкодіючим захистом), або захисним заземленням (знижують напруги дотику і кроку), або зануленням (відключають устаткування і знижують напруги дотику і кроку на період, доки не спрацює апарат, що відключає). Розгляньмо ці найважливіші за* ходи захисту в електроустановках (рис. 4.17).
Захисне заземлення. Головне призначення захисного заземлення - знизити потенціал на корпусі електроустаткування до безпечного значення.
Захисним заземленням називається навмисне електричне з'єднання з землею металевих неструмопровідних частин, що можуть виявитися під напругою. Корпуси електричних машин, трансформаторів, світильників, апаратів та інші металеві неструмопровідні частини можуть виявитися під напругою при замиканні їх струмопровідних частин на корпус. Якщо корпус при цьому не має контакту з землею, дотик до нього є так само небезпечним, як і дотик до фази. Якщо ж корпус заземлено, він виявиться під напругою Uз = ІзRз, а людина, що торкається до цього корпусу, потрапляє під напругу дотику Uдот = Uз?1?2. Струм крізь людину при цьому визначиться з виразу:
Із виразу 4.50 видно: що нижчі rз та ?1, то менший струм проходить крізь людину, що стоїть на землі та торкається корпусу обладнання. Таким чином, безпека забезпечується шляхом заземлення корпусу заземлювачем, який має малий опір заземлення Rз і малий коефіцієнт напруги дотику ?1 (рис. 4.17). Зі схеми заміщення кола однофазного струму замикання видно, що опори тіла людини і заземлювача є паралельними.
Тому переважна частина струму замикання на землю пройде крізь заземлювач (rз = 4 Ом), і тільки незначна частина - через тіло людини (опір тіла людини навіть у найгірших умовах становить Rh = 1000 Ом).
У цьому полягає сутність застосування захисного заземлення.
Захисне заземлення може бути ефективним у тому разі, коли струм замикання на землю не збільшується зі зменшенням опору заземлення. Це можливо в мережах з ізольованою нейтраллю, де при замиканні на землю або на заземлений корпус струм не залежить від провідності (чи опору) заземлення, а також у мережах напругою понад 1000 В із заземленою нейтраллю. В останньому випадку замикання на землю є коротким замиканням, при цьому спрацьовує максимальний струмовий захист. У мережі з заземленою нейтраллю напругою до 1000 В заземлення неефективне, тому що навіть при глухому замиканні на землю струм залежить від опору заземлення, і зі зменшенням останнього струм зростає.
Зони застосування захисного заземлення:
з напругою мережі до 1000 В змінного струму - трифазові трипроводові з ізольованою нейтраллю; однофазові двопроводові, ізольовані від землі, а також постійного струму двопроводові з ізольованою середньою точкою обмоток джерела струму;
з напругою мережі понад 1000 В змінного і постійного струму з будь-яким режимом нейтральної чи середньою точкою обмоток джерел струму.
Захисному заземленню підлягає устаткування:
у приміщеннях з підвищеною небезпекою й особливо небезпечних, а також у зовнішніх установках заземлення є обов'язковим при номінальній напрузі електроустановки вище 42 В змінного струму і понад 110 В постійного струму;
у приміщеннях без підвищеної небезпеки заземлення є обов'язковим при напрузі 380 В і вище змінного струму та 440 В і вище постійного струму;
у вибухонебезпечних приміщеннях заземлення виконується незалежно від значення напруги.
Заземлювальний пристрій складається із заземлювачів і сполучної смуги. Розрізняють заземлювачі штучні, призначені винятково для цілей заземлення, і природні (металеві конструкції і комунікації іншого призначення, що перебувають у землі). Як штучні заземлювачі використовують сталеві труби діаметром 33-50 мм і кутову сталь (40x40...60x60 мм) з товщиною стінок не менше 3,5 мм (для зварювання) і довжиною 2,5-3 м; пруткову сталь діаметром не менше 10 мм (довжиною до 10 м); сталеві шини перерізом не менше 100 мм2. Вертикальні заземлювачі з'єднують у контур смугою зі сталі перерізом не менше 4x12 мм або круглого перерізу діаметром не менше 6 мм за допомогою зварювання.
Як природні заземлювачі можна використовувати: металеві конструкції та арматуру залізобетонних конструкцій будинків і споруд, що поєднані з землею; прокладені в землі водопровідні труби і свинцеві оболонки кабелів! обсадні труби артезіанських колодязів і шпар. При цьому забороняється використовувати як природні заземлювачі трубопроводи з пожежовибухонебезпечними рідинами і газами, алюмінієві оболонки кабелів та алюмінієві провідники.
Заземлювальним пристроєм називається сукупність заземлювачів - провідників (електродів), поєднаних між собою, якщо вони перебувають у безпосередньому контакті з землею, та заземлювальних провідників, які поєднують заземлювальні частини електроустановки із заземлювачем.
Залежно від місця розміщення заземлювача щодо заземлюваного устаткування розрізняють два типи заземлювальних пристроїв: виносні та контурні.
Відповідно, і заземлювачі бувають двох типів — виносні та контурні. Перевагою виносного заземлювального пристрою є можливість вибору місця розміщення електродів заземлювача із найменшим опором ґрунту (сирий, глинистий, у низинах тощо). Тут заземлені корпуси перебувають поза полем розтікання, тобто виносне заземлення захищає тільки за рахунок малого опору заземлення.
Контурний заземлювальний пристрій характеризується тим, що електроди його розміщуються по контуру (периметру) площини, на якій розташоване заземлювальне устаткування, а також усередині цієї площини. Тут будь-яка точка поверхні ґрунту усередині контуру має значний потенціал. Унаслідок цього різниця потенціалів між точками, що містяться всередині контуру, знижена, і коефіцієнт дотику а є набагато меншим за одиницю. Струм крізь людину, що торкається корпуса, також є меншим, ніж при виносному заземленні.
Іноді при виконанні контурного заземлення всередині контуру прокладають горизонтальні смуги, що додатково вирівнюють внутрішні потенціали контуру (заземлювач у вигляді сітки). Усередині приміщень вирівнювання потенціалу відбувається природним шляхом за рахунок наявності металевих конструкцій, трубопроводів, кабелів і подібних їм провідних предметів, пов'язаних з розгалуженою мережею заземлення. Щоб зменшити напругу кроку за межами контуру, вздовж проходів і проїздів у ґрунт закладають спеціальні шини.
У будинках прокладають магістраль заземлення (усередині будинку уздовж стін), до якої приєднують паралельно проводи, що заземлюють, від корпусів електроустаткування, що підлягає заземленню (послідовне включення заземлювального устаткування не допускається). При цьому приєднання заземлювальної магістралі до заземлювача (штучного чи природного) виконується у двох місцях. З'єднання заземлювальних провідників між собою, а також із заземлювачами і конструкціями, що заземлюються, виконується, як правило, зварюванням, а з корпусами апаратів, машин та іншого устаткування - зварюванням або за допомогою болтів.
Для зв'язку вертикальних електродів і як самостійний горизонтальний електрод застосовується штабова сталь перерізом 4x12 мм. Для установки вертикальних заземлювачів попередньо риють траншею глибиною 0,7-0,8 м, після чого забивають труби або куточки за допомогою механізмів. Верхні кінці заглиблених у землю вертикальних електродів з'єднують сталевою смугою за допомогою зварювання. У таких же траншеях прокладають горизонтальні електроди (на ребро для кращого контакту з землею).
Як уже зазначалося, заземлення має забезпечувати безпеку при дотику до неструмопровідних частин, які випадково опинилися під напругою, і при дії напруги кроку, тому нормуванню підлягають найбільша напруга дотику усередині контуру, найбільша напруга кроку і напруга щодо землі. Зазначення цих величин не мають бути більше, ніж тривало допустимі:
де Uдот.т.д - найбільша напруга дотику тривало допустима; Uк.т.д - найбільша напруга кроку тривало допустима.
Виходячи з наведених умов, можна нормувати опір заземлення rз і коефіцієнти напруги дотику ?1 та кроку ?1 з урахуванням струму замикання на землю Із у цій електроустановці. Розрахунковий струм замикання на землю - це найбільший можливий у такій електроустановці струм замикання на землю. У мережах напругою до 1000 В струм однофазового замикання на землю не перевищує 10 А. В електроустановках напругою вище 1000 В з ізольованою нейтраллю розрахунковий струм Із можна визначити з виразу
де Uф - фазна напруга мережі, кВ; Ік та Іп - загальна довжина підключених до мережі кабельних і повітряних ліній, км.
ПУЕ та ГОСТ 12.1.030-81 нормують опори заземлення залежно від напруги електроустановки. В електроустановках напругою до 1000 В опір заземлення має бути не вище 4 або 10 Ом (якщо сумарна потужність джерел - трансформаторів та генераторів, підключених до мережі, - не перевищує 100 кВ*А). В електроустановках напругою понад 1000 В з великими (більше 500 А) струмами і замиканням на землю (розподіл пристроїв і мережі з заземленою нейтраллю напругою 110 кВ і вище) опір заземлювального пристрою не має перевищувати 0,5 Ом. В електроустановках напругою понад 1000 В з малим (менше 600 А) струмом замикання на землю (мережі з ізольованою нейтраллю напругою 3, 6,10, 20, 35 кВ) допускається опір заземлення:
але не більше 10 Ом (тут допускається напруга щодо землі до 250 В). Якщо заземлювальний пристрій, що заземлює, використовується одночасно для електроустановок напругою до 1000 В і вище, опір заземлення:
але не вище норми для електроустановки напругою до 1000 В (4 або 10 Ом).
Контроль заземлення здійснюється оглядом і вимірюванням опору заземлювачів. Зовнішній огляд слід проводити не рідше одного разу на шість місяців, а в приміщеннях з підвищеною небезпекою й особливо небезпечних - один раз на три місяці. Вимірювання опору заземлення проводиться не рідше одного разу на рік, а також після капітального ремонту і тривалого простою установки.
Розрахунок захисного заземлення має на меті визначити основні параметри заземлення: кількість, розміри і розміщення одиночних заземлювачів і заземлювальних провідників, при яких напруги дотику і кроку в період замикання фази на заземлений корпус не перевищують допустимих значень. При цьому розрахунок виконують звичайно для випадків розміщення заземлювача в однорідній землі (спосіб коефіцієнтів використання).
Занулення. Зануленнням називається навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих неструмопровідних частин, що можуть виявитися під напругою. Нульовий захисний провідник - це провідник, що з'єднує занулювані частини з глухозаземленою нейтральною точкою обмотки джерела струму або з її еквівалентом.
Занулення застосовується в чотирипроводових мережах напругою до 1000 В із заземленою нейтраллю. З метою зменшення тривалості режиму замикання на корпус прокладається нульовий провід, що з'єднується з заземленою нейтраллю джерела і повторних заземлень. При зануленні корпусу електроустаткування з'єднуються не з заземлювачами, а з нульовим проводом (див. рис. 4.17).
Занулення перетворює замикання на корпус в однофазове коротке замикання, у результаті чого спрацьовує максимальний струмовий захист і селективно відключає пошкоджену ділянку мережі. Крім того, занулення знижує потенціали корпусів, що з'являються в момент замикання на землю (на час, поки не спрацьовує апарат, що відключає - запобіжники або автомат). При замиканні на замулений корпус струм короткого замикання проходить крізь наступні ділянки кола (коло занулення має дуже малий опір - частки Ом): обмотки трансформатора, а також фазовий і нульовий провід. Значення струму визначається фазною напругою £/ф і повним опором кола короткого замикання:
де Zт - повний опір трансформатора. Ом; Zф, Zн - повний опір фазового і нульового проводів, Ом.
Ці опори мають активну й індуктивну складові, тобто комплекс Zп = Zф + Zн + jХп повного опору петлі "фаза - нуль".
Можна застосовувати наближену формулу для дійсного значення (модуля) струму короткого замикання Ік, А, у якому модулі опорів трансформатора і петлі "фаза - нуль" Zт і Zп додаються арифметично:
Значення Zп складається зі значень ряду послідовно включених опорів:
де Хп - зовнішній індуктивний опір петлі "фаза - нуль", Ом.
Занулення розраховується для визначення умов, при яких воно надійно виконує своє завдання - швидко відключає пошкоджену установку від мережі та водночас забезпечує безпеку дотику людини до зануленого корпусу в аварійний період. Відповідно до цього занулення розраховується на відключальну здатність, а також на безпеку дотику до корпуса як при замиканні фази на землю (розрахунок заземлення нейтралі), так і при замиканні Ті на корпус (розрахунок повторного заземлення нульового захисного провідника). Згідно з Правилами техніки безпеки, загальний опір розтіканню струму заземлювачів усіх повторних заземлень нульового проводу кожної повітряної лінії в найнесприятливішу пору року має бути не більше 5,10 і 20 Ом при лінійних напругах 660, 380 і 220 В відповідно. При цьому опір розтіканню струму кожного з повторних заземлень не має перевищувати 15, 30 і 60 Ом при тих самих значеннях напруг.
Вимірювання опору петлі "фаза - нуль" необхідно проводити при здавально-приймальних випробуваннях періодично (один раз на п'ять років), а також при капітальних ремонтах і реконструкціях мережі. Ці вимірювання слід виконувати на найбільш потужних і якнайдалі розташованих від джерела струму електроприймачах, але не менше ніж на 10% їх загальної кількості.
Захисне відключення. Захисне відключення — швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження людини струмом. Така небезпека може виникнути при замиканні фази на корпус, зниженні опору ізоляції мережі нижче визначеної межі і, нарешті, в разі дотику людини безпосередньо до струмопровідної частини, що перебуває під напругою.
Захисне відключення застосовується в тих випадках, коли інші захисні заходи (заземлення, занулення) є ненадійними, складно здійснюваними (в умовах вічної мерзлоти та ін.), багато коштують або коли до безпеки обслуговування ставляться підвищені вимоги (у шахтах, кар'єрах), а також у пересувних електроустановках. Зона застосування пристроїв захисного відключення практично не обмежена, вони придатні для мереж будь-якої напруги і з будь-яким режимом нейтралі. Проте найбільшого поширення пристрої захисного відключення набули в мережах до 1000 В (із заземленою й ізольованою нейтраллю). Крім того, захисне відключення є незамінним для ручних електроінструментів.
В усіх цих випадках небезпека ураження зумовлена напругою дотику Uдот або струмом, що проходить крізь людину: Uдот = IhRh. Основними елементами пристроїв захисного відключення є прилади захисного відключення й автомати. Прилад захисного відключення складається з окремих елементів, що сприймають вхідну величину, реагують на її зміни і при заданому її значенні дають сигнал на відключення вимикача. Цими елементами є: датчик — вхідний пристрій (як правило, реле відповідного типу); підсилювач, що підсилює сигнал датчика; коло контролю; допоміжні елементи (сигнальні лампи і вимірювальні прилади - омметри тощо).
Основні вимоги, які ставляться до пристроїв захисного відключення, такі: висока чутливість; незначний час відключення; селективність дії; здатність здійснювати самоконтроль справності; достатня надійність.
Залежно від прийнятих вхідних (контрольованих) величин пристрої захисного відключення умовно поділяються на типи, які: реагують на потенціал (напругу) корпуса щодо землі; на струм замикання на землю; напругу нульової послідовності; струм нульової послідовності; напругу фази щодо землі; оперативний струм; а також вентильні схеми. Розгляньмо деякі з названих типів пристроїв захисного відключення (див. рис. 4.18).
1. Пристрої, що реагують на потенціал корпусу. Призначення цих пристроїв захисного відключення - усунення небезпеки ураження людей струмом при виникненні на заземленому чи зануленому корпусі підвищеного потенціалу. Звичайно ці пристрої є додатковим заходом захисту до заземлення або занулення.
Принцип дії: швидке відключення від мережі пошкодженого устаткування, якщо потенціал ?к, В, який виник на його корпусі, виявиться вище потенціалу ?к доп, В, при якому напруга дотику до корпусу має якнайтриваліше допустиме значення. На рис. 4.18 а показано принципову схему такого пристрою, в якому датчиком служить реле максимальної напруги, включене між корпусом, що захищається, і допоміжним заземлювачем 2 (безпосередньо або через трансформатор напруги). Електроди допоміжного заземлювача мають бути розміщені поза зоною розтікання струмів, які стікають із заземлювача корпусу або заземлювачів нульового провідника мережі. Коли відбувається пробій фази на заземлений чи занулений корпус, спочатку виявляється захисна властивість заземлення (чи занулення), що знижує потенціал корпуса до деякої межі (?к = Iзrк, де Із - струм, що стікає в землю, А; rк - опір заземлення корпусу, а при зануленні - опір повторних заземлень нульового провідника, Ом). Якщо ?к перевищить ?к доп, спрацює пристрій захисного відключення, тобто відбудеться відключення пошкодженої установки від мережі.
2. Пристрій, що реагує на струм замикання на землю. Призначення - усунення небезпеки ураження струмом людей при дотику до заземленого корпусу в момент замикання на нього фази. Принцип дії: швидке відключення пошкодженого устаткування від мережі в разі, якщо струм, який проходить через провідник, що заземлює корпус цього устаткування, перевищить деяке граничне значення Із доп, А, при якому напруга дотику має найбільше тривало допустиме значення Uдот.доп, В (рис. 4.18 (У). Тут датчиком служить струмове реле, що має малий опір і включене безпосередньо у розсічку заземлювального проводу або у вторинну обмотку трансформатора струму, що застосовується при великому струмі замикання на землю. При замиканні фази на корпус струм, що стікає в землю, якщо він перевищує уставку захисту, викликає спрацювання реле, тобто відключення установки від мережі. У схемах, застосовуваних у системах занулення, струмове реле включається в розсічку занулювальних провідників і спрацьовує під дією однофазового короткого замикання. Такі пристрої відрізняються чіткістю спрацьовування.
3. Пристрої, що реагують на напругу нульової послідовності. Призначення цих пристроїв захисного відключення - усунення ураження струмом, що виникає при глухому замиканні однієї або двох фаз на землю, у тому числі при замиканні фази на заземлений корпус. Принцип дії: швидке відключення мережі від джерела живлення при виникненні напруги нульової послідовності, тобто несиметрії повних провідностей проводів мережі щодо землі вище деякої межі (рис. 4.18 в). Тут датчиком служить фільтр напруги нульової послідовності, що складається з трьох конденсаторів, поєднаних у зірку. Реле напруги, включене між нульовою точкою фільтра і землею, спрацьовує, коли напруга нульової послідовності (тобто напруга між нейтральною точкою джерела струму і землею) U0 досягає значення, при якому напруга на затискачах реле стає рівною чи перевищує напругу його спрацьовування Uсл. При цьому відбувається відключення мережі від джерела. Зона застосування таких пристроїв захисного відключення - трифазні трипроводові мережі до 1000 В з ізольованою нейтраллю і малою довжиною, яким властиві високий опір ізоляції і невелика ємність щодо землі.
4. Пристрої, що реагують на струм нульової послідовності. Призначення пристроїв захисного відключення цього типу — забезпечити безпеку людини у разі дотику до заземленого (зануленого) корпусу при замиканні на нього фази або до струмопровідної частини, що перебуває під напругою. Принцип дії: швидке відключення ділянки чи мережі споживача енергії, якщо струм нульової послідовності перевищує деяке значення, при якому напруга дотику до "пробитого" корпусу або струмопровідної частини, що перебуває під напругою, має найбільше тривало допустиме значення Uдот.доп. Тут датчиком може служити фільтр струму нульової послідовності, що є трьома однотипними трансформаторами струму, установлених на всіх фазах мережі. Однойменні затискачі їх вторинних обмоток з'єднані паралельно, і до них підключена обмотка струмового реле. У результаті через реле проходить струм, який дорівнює геометричній сумі вторинних струмів трансформаторів. Цей струм, досягши значення струму спрацювання реле або перевищивши його, викликає відключення ділянки мережі, що захищається, від джерела живлення (рис. 4.18 г).
5. Пристрої, що реагують на оперативний струм (рис. 4.18 д). Призначення цього пристрою захисного відключення, що реагує на оперативний струм, - забезпечувати безперервний автоматичний контроль опору ізоляції мережі, а також захист людини, яка торкнулася до струмопровідної частини, від ураження струмом. Отже, цей тип пристрою захисного відключення (реле витоку) може служити самостійним заходом захисту від ураження струмом при дотику до "пробитого" незаземленого і незануленого корпусу або до струмопровідної частини, що перебуває під напругою. Він може також служити додатковим захисним заходом до захисного заземлення (цей принцип використовується в шахтах, кар'єрах тощо).
Принцип дії: швидке відключення мережі від джерела струму при зниженні опору ізоляції мережі щодо землі нижче деякого граничного значення, при якому струм через людину, яка торкнулася до струмопровідної частини, (або напруга дотику) досягає найбільшого тривало допустимого значення Ih доп (або Uдот.доп). Тут датчиком служить реле з малим струмом спрацьовування (кілька міліампер). Застосовуються й інші схеми захисного відключення.
Електрозахисні засоби і запобіжні пристрої. Слід завжди пам'ятати, що при наявності напруги є неприпустимим проникнення людей за огорожі електроустановок, а за відсутністю огорож необхідно витримувати мінімальну відстань, на яку допускається наближення до струмопровідних частин: при напрузі до 15кВ - це 0,7 м; від 15 до 35кВ - 1,1 м; від 35 до 110 кВ - 1,5 м; від 110 до 220 кВ - 2,5 м; від 220 до 500 кВ - 4,5 м.
Відповідно до стандарту, електрозахисними засобами називаються переносні і перевізні вироби, що служать для захисту людей, котрі працюють з електроустановками, від ураження електричним струмом, дії електричної дуги й електромагнітного поля.
Захисні засоби можуть бути умовно розділені на три групи: ізолювальні, огороджувальні й запобіжні.
Ізолювальні захисні засоби ізолюють людину від струмопровідних чи заземлених частин, а також від землі. Вони поділяються на основні й додаткові.
Основні ізолювальні захисні засоби мають ізоляцію, здатну довгостроково витримувати робочу напругу електроустановки, і тому ними дозволяється торкатися струмопровідних частин, що перебувають під напругою. До них належать: в електроустановках напругою понад 1000 В - ізолювальні штанги, ізолюючі і вимірювальні кліщі, покажчики напруги, а також засоби для ремонтних робіт під напругою понад 1000 В; в електроустановках напругою до 1000 В - ізолювальні штанги, ізолювальні й вимірювальні кліщі, діелектричні рукавички, монтерський інструмент з ізольованими рукоятками, покажчики напруги.
Додаткові ізолювальні захисні засоби мають ізоляцію, не здатну витримувати робочу напругу електроустановки, і тому вони не можуть самостійно захистити людину від ураження електричним струмом, їх призначення - посилити захисну дію основних ізолювальних захисних засобів. До додаткових ізолюючих захисних засобів належать: в електроустановках напругою понад 1000 В - діелектричні рукавички, боти, килимки, ізолюючі підставки; в електроустановках напругою до 1000В - діелектричні галоші, килимки, ізолювальні підставки.
Огороджувальні захисні засоби призначені для тимчасового огородження струмопровідних частин, до яких можна випадково доторкнутися або наблизитися на небезпечну відстань, а також для попередження помилкових операцій з комутаційними апаратами. До них належать: тимчасові переносні заземлення (закоротки), тимчасові переносні огородження (щити й огорожі-клітки), ізолювальні накладки, попереджувальні плакати.
Переносні заземлення виготовляють з гнучкого мідного проводу перерізом не менше 25 мм2 для електроустановок з напругою понад 1000 В та 16 мм2 - з напругою до 1000 В.
Попереджувальні плакати поділяють на застережні, заборонні, дозвільні і нагадувальні. Застережні (постійні) плакати ("Обережно! Електрична напруга!") укріплюють на дверях камер, огорож. Заборонний (переносний) плакат ("Не включати, працюють люди!") вивішується на ключах і рукоятках управління. Дозвільний (переносний) плакат ("Працювати тут") установлюється на місці робіт. Нагаду вальний (переносний) плакат ("Заземлено") установлюється на ключах і рукоятках управління.
Запобіжні захисні засоби призначені для індивідуального захисту працюючого від світлових, теплових і механічних впливів, від продуктів горіння, від дії електричного поля, а також від падіння з висоти. До них належать: захисні окуляри, захисні каски, запобіжні монтерські пояси, страховочні канати, монтерські пазурі, протигази, спеціальні рукавиці, а також індивідуальні екрануючі комплекти і переносні екрануючі пристрої для захисту персоналу від впливу електричного поля в електроустановках надвисокої напруги промислової частоти.
Організація безпечної експлуатації електроустановок. Оперативне обслуговування діючих електроустановок підприємств передбачає періодичні та позачергові огляди електроустаткування систем електропостачання й електроприймачів, контроль і облік електроенергії, оперативні переключення в електромережах, що забезпечують безперебійне постачання електроенергії. Оперативне обслуговування електроустановок здійснюється інженерно-технічним, черговим та оперативно-ремонтним електротехнічним персоналом.
Оперативне обслуговування може здійснюватися як однією особою, так і бригадами з двох осіб і більше. При обслуговуванні електроустановок з напругою понад 1000 В старший у зміні (бригадир) чи одиночний черговий повинен мати кваліфікаційну групу з техніки безпеки не нижче IV, а в електроустановках напругою до 1000 В - не нижче III групи.
Крім чергового (оперативно-ремонтного) персоналу, одноособовий огляд електроустановок дозволяється проводити представникам адміністративно-технічного персоналу служби експлуатації, що має кваліфікаційну групу V (в установках напругою до 1000 В - IV групу).
Коли огляд електроустановок із напругою понад 1000 В виконує одна особа, їй заборонено проникати за огорожі і входити в камери розподільного пристрою (РП). Оглядати таке електроустаткування одній особі можна тільки з порога камери або стоячи перед бар'єром. У разі потреби черговому, що має кваліфікаційну групу не нижче IV, дозволяється для огляду входити у камеру РП за умови, що в проходах відстань від підлоги до нижніх фланців ізоляторів апаратів (трансформаторів тощо) не менше 2 м, а до необгороджених струмопровідних частин - не менше 2,75 м при напрузі до 35 кВ. Якщо ці відстані менші, то вхід за огорожі допускається тільки в присутності іншої особи з кваліфікаційною групою не нижче Ш. При виявленні під час огляду випадкового замикання якої-небудь струмопровідної частини електроустановки на землю забороняється до відключення пошкодженої ділянки наближатися до місця такого замикання на відстань меншу, ніж 4 м у закритих камерах РП і 8 м на відкритих підстанціях, щоб запобігти ураженню напругою кроку. У разі потреби наближення (для надання першої допомоги постраждалому чи для виконання операцій з комутаційною апаратурою) слід застосувати засоби захисту (діелектричні боти, галоші).
Самостійне одноособове обслуговування електроустановок напругою до 1000 В, включаючи періодичні огляди, перевірки, вимірювання і поточний ремонт, дозволяється робітникам-електрикам, що мають кваліфікаційну групу не нижче ПІ. Під час огляду цехового електроустаткування забороняється виконувати будь-які роботи на цьому устаткуванні, за винятком робіт, пов'язаних з попередженням аварії або нещасного випадку. Також забороняється знімати огорожі струмопровідних і обертових частин, торкатися струмопровідних частин і наближатися до них на небезпечну відстань. Черговому електрику дозволяється при необхідності відкривати для огляду дверцята розподільних шаф, щитків, пускових пристроїв тощо, дотримуючись при цьому особливої обережності.
Заміна згорілих плавких уставок запобіжників, як правило, має виконуватися при знятій напрузі. Заміняти плавкі вставки закритих (пробочних, трубчастих) запобіжників дозволяється під напругою, але при відключеному навантаженні. Ця робота має виконуватися в електроустановках напругою до 1000 В - у діелектричних рукавичках і захисних окулярах, а в установках напругою понад 1000 В - за допомогою ізолюючих кліщів, а також у рукавичках та окулярах.
Якщо цехове електроустаткування було відключене за заявкою експлуатаційного неелектротехнічного персоналу для будь-яких ремонтних робіт, то наступне його включення може бути зроблене тільки на вимогу особи, якою було подано заявку на відключення, або особи, що змінила її. Перед включенням силової електроустановки після ремонту черговий електрик зобов'язаний її оглянути і переконатися в готовності електроустаткування до прийому напруги, а також попередити робітників про майбутнє включення.
Оперативні переключення в камері РП підстанцій промислових підприємств виконує черговий або оперативно-ремонтний персонал за розпорядженням чи з відома вищого чергового електротехнічного персоналу. Розпорядження про переключення може бути передане по телефону з записом його в оперативному журналі. Тільки у випадках, що не терплять зволікання (аварія, пожежа, нещасний випадок), допускаються переключення без відома вищого оперативного персоналу, але з наступним його повідомленням і записом виконаних операцій в оперативному журналі.
Список осіб, що мають право робити оперативні переключення, затверджується головним енергетиком підприємства. У камері РП напругою понад 1000 В складні оперативні переключення, виконані більше, ніж на одному приєднанні, мають проводитися двома особами. Одній особі дозволяється виконувати переключення тільки в електроустановках, обладнаних блокуваннями роз'єднувачів, які не допускають їх відключення під навантаженням (при включеному вимикачі). Одній особі дозволяється також робити переключення в камері РП напругою до 1000 В.
Складні переключення виконують за спеціальними бланками переключень, куди записують призначення передбачуваних переключень, порядок операцій з комутаційними апаратами і приладами, а також дії з перевірки відсутності чи наявності напруги, накладення переносних заземлень тощо. Бланк заповнюється черговим, що одержав розпорядження про переключення (його підписують обидва учасники переключень). Щоб уникнути помилкового включення після ремонту або випробування, необхідно включати установку тільки після приймання її черговим або оперативно-ремонтним персоналом від відповідального керівника ремонтних чи налагоджувальних робіт.
Відповідно до вимог "Правил техніки безпеки", роботи, які виконуються в діючих електроустановках, щодо застосування заходів безпеки поділяються на наступні чотири категорії:
1) Роботи, виконувані при повному знятті напруги, які проводяться в електроустановках, де з усіх струмопровідних частин (у тому числі і введень) знята напруга, немає незамкненого входу в приміщення, у яких розміщені електроустановки, що перебувають під напругою. Це - ревізія й очищення апаратури розподільних пристроїв, поточний ремонт силового трансформатора тощо.
2) Роботи, виконувані при частковому знятті напруги, які проводяться в електроустановках у приміщенні, де знята напруга тільки з тих приєднань, на яких виконується робота, або де напруга цілком знята, але є незамкнений вхід у приміщення сусідньої електроустановки, що перебуває під напругою.
3) Роботи, виконувані без зняття напруги поблизу струмопровідних частин і на струмопровідних частинах електроустановок, що перебувають під напругою (за допомогою спеціальних приладів і засобів захисту) - вивішування плакатів і написів, заміна перегорілих ламп, узяття проби і доливка мастила в баки трансформаторів і вимикачів, догляд за електрощитками і колекторами працюючих електричних машин, вимірювання струмовимірювальними кліщами та ін.
4) Роботи, виконувані без зняття напруги далеко від струмопровідних частин, що перебувають під напругою, при яких виключені випадковий дотик або наближення до струмопровідних частин на небезпечну відстань (чищення від пилу кожухів електроустаткування, ремонт і фарбування стін електроприміщень, прибирання електроприміщень та ін.).
До початку ремонтних чи налагоджувальних робіт необхідно виконати технічні й організаційні заходи щодо забезпечення електробезпеки працюючих.
Технічні заходи:
відключення електроустаткування, що ремонтується, і вживання заходів проти помилкового його зворотного включення або самовключення;
установка тимчасових огорож навколо невідключених струмопровідних частин і вивішування заборонних плакатів "Не включати - працюють люди", "Не включати - робота на лінії" та ін.;
приєднання переносного заземлення-закоротки до заземлювальної шини стаціонарного заземлювального пристрою і перевірка відсутності напруги на струмопровідних частинах, що для безпеки проведення робіт підлягають замиканню накоротко і заземленню;
накладання переносних заземлень на відключені струмопровідні частини електроустановки відразу після перевірки відсутності напруги або включення спеціальних заземлювальних ножів - роз'єднувачів, наявних у камері РП;
огородження робочого місця і вивішування на ньому дозвільного плаката "Працювати тут".
Названі технічні заходи виконує (у зазначеній послідовності) допускаючий до роботи з дозволу тієї особи, що віддає розпорядження на проведення робіт. Допускаючим до роботи може бути особа з чергового чи оперативно-ремонтного персоналу в електроустановках напругою до 1000 В з кваліфікаційною групою не нижче ІП, а в установках напругою понад 1000 В - з IV групою.
Організаційні заходи для безпечного проведення робіт в електроустановках:
оформлення роботи нарядом або розпорядженням;
оформлення в наряді допуску робітників до роботи;
нагляд під час роботи;
оформлення в наряді перерв у роботі і переходів бригади на інше робоче місце;
оформлення в наряді закінчення робіт, закриття наряду.
Оформлювати наряд потрібно на ті роботи, що виконуються з повним або частковим зняттям напруги з електроустановки, яка ремонтується, а також на роботи, виконувані без зняття напруги поблизу або безпосередньо на струмопровідних частинах, що перебувають під напругою. Наряд - письмове завдання на роботу з електроустановкою, оформлене на бланку установленої форми, де зазначають місце, час початку і закінчення роботи, умови її безпечного проведення, склад бригади й особу, відповідальну за безпеку роботи. Наряд виписують у двох примірниках, з яких один має бути у виконавця робіт, а другий - у чергового персоналу цієї електроустановки. Термін дії наряду має не перевищувати п'яти днів. Термін зберігання наряду - один місяць.
Інший вид завдання на роботу з електроустановкою - розпорядження, оформлене в оперативному журналі. Право видачі наряду або розпорядження на проведення робіт з електроустановками надається начальнику електроцеху, начальнику служби експлуатації, майстру, особам, уповноваженим на це розпорядженням головного енергетика підприємства. Усі особи повинні мати кваліфікаційну групу не нижче V в електроустановках напругою понад 1000 В й не нижче IV - в установках до 1000 В.
У порядку поточної експлуатації можуть виконуватися такі види робіт:
роботи без зняття напруги зі струмопровідних частин далеко від струмопровідних частин, що перебувають під напругою, тривалістю не більше однієї зміни;
при необхідності невеликі за обсягом роботи тривалістю до 1 години з повним чи частковим зняттям напруги і без зняття напруги поблизу або на самих струмопровідних частинах, що перебувають під напругою;
деякі види робіт в електроустановках напругою до 1000 В з повним чи частковим зняттям напруги тривалістю не більше однієї зміни.
Контрольні запитання та завдання
1. Наведіть класифікацію електротехнічних виробів за способом захисту від ураження електричним струмом.
2. Які принципи організації безпеки експлуатації електроустаткування?
3. Захисне заземлення: визначення, призначення, ділянка застосування та принципи дії, нормування.
4. Занулення: визначення, призначення, ділянка застосування, нормування.
5. Яку роль відіграє повторне заземлення нульового захисного провідника у схемі занулення?
6. Які вимоги ставляться до занулення ІГУБ, надійності відключення?
7. Які вимоги ставляться при виборі електроустаткування для пожежонебезпечних та вибухонебезпечних зон?
8. Захисне відключення: визначення, принцип дії та основні вимоги до захисного відключення.
9. Поясніть ідею захисного електричного розділу мереж. Що таке подвійна ізоляція? Які умови застосування малих напруг?