Обеспечение безопасности при эксплуатации электроустановок и защита от неблагоприятного действия электричества
Обеспечение электробезопасности
Обеспечение электробезопасности
Расчет защитного заземления с помощью искусственного контурного
заземляющего устройства (ЗУ) сводится к определению требуемого числа
вертикальных электродов (ззземлителей) и длины соединяющего их
горизонтального электрода.
Рис. 23. Глубина погружения электродов в грунт:
а — вертикального; 6 — горизонтального
Исходными данными для его расчета являются:
удельное электрическое сопротивление грунта р (в Ом-м), принимаемое в соответствии с данными табл. 5;
глубина погружения электродов в грунт (рис. 23), в том числе глубина расположения середины вертикального электрода от поверхности земли и величина заглубления вертикальных и горизонтальных электродов в грунт;
форма и размеры вертикального электрода (заземлителя), в том числе его длина, и диаметр, м, в соответствии с данными, представленными ниже;
форма и размеры горизонтального электрода, в частности диаметр электрода. В качестве горизонтальных электродов, соединяющих вертикальные заземлители, применяют стальные ленты прямоугольного сечения.
величина отношения расстояния между вертикальными электродами к их длине По, которая принимается равной 1, 2 или 3;
расстояние, на котором находятся вертикальные электроды, а0. м;
коэффициенты использования вертикальных ηв и горизонтальных ηг грунтовых заземлителей, расположенных по контуру помещения, принимаемые по величинам nв и nо, в соответствии с данными табл. 6;
значение допустимого сопротивления заземляющего устройства Rа Ом.
Электротехнический расчет заземляющего устройства ведется по допустимому сопротивлению с применением метода коэффициентов использования (грунт считается однородным).
Порядок расчета следующий. Определяется электрическое сопротивление одиночного вертикального электрода по следующей формуле (в Ом):
Рассчитывается суммарная длина горизонтального электрода lt, соединяющего вертикальные электроды в контурном заземляющем устройстве (в м):
где nв — число вертикальных электродов (nв больше 4), шт.
Вычисляется расчетное электрическое сопротивление заземляющего устройства растеканию тока (в Ом):
Сопоставляется расчетное сопротивление R с допустимым. Если R>R3, увеличивается число вертикальных электродов nп и длина горизонтального электрода lr. Операции по расчету повторяются по формулам до тех пор, пока будет удовлетворено условие R<R3.
Рис. 25. Зануление оборудования
Защитный эффект зануления состоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и, следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека. При подключении корпусов электроустановок к нулевому проводу любое замыкание на корпус становится однофазным коротким.
Ток короткого замыкания Iна определяется фазным напряжением Uф и полным сопротивлением цепи (в А):
где rт — сопротивление обмоток трансформатора, Ом; rф.пр. — сопротивление фазного провода, Ом; rи — сопротивление нулевого провода.
При rт/3+rф.пр.=rф ток короткого замыкания будет (в А):
Если принять rф = rн, при замыкании на корпус напряжение на нем, равное падению напряжения на нулевом проводе (Uн), составит (в В):
При фазном напряжении Uф = 220 В напряжение на корпусе Uк=110 В. По условиям безопасности появление такого напряжения на корпусе допустимо в течение не более 0,5 с. За это время в ряде случаев автоматическое отключение установки может не произойти. Поэтому для повышения безопасности нулевой провод повторно заземляют. В этом случае при замыкании на корпус ток замыкания на землю составит (в А):
где Rо — сопротивление заземления нейтрали, Ом; Rп— сопротивление повторного заземления. Ом.
Если при rф = rн принять Rо = Rп. при замыкании на корпус напряжение на нем, равное падению напряжения на сопротивлении повторного заземления U3, будет (в В):
Из сравнения формул Uк = Uф/2 и Uа = Uф/4 видно, что повторное заземление при замыкании на корпус снижает его потенциал, т. е. повышает безопасность. При Uф = 220 В напряжение на корпусе будет не 110, а 55 В. Такое напряжение допускает увеличение времени срабатывания защиты до 1 с.
Применение повторного заземления нулевого провода дает аналогичное снижение потенциала на корпусе оборудования и при обрыве нулевого провода.
Применение одного заземления корпуса электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью недопустимо, так как при пробое изоляции на корпус в цепь замыкания будут включены два сопротивления Rз и Rо, значительно снижающие ток замыкания Iкз.
Так, при Uф сети, в которую включена электроустановка, равном 220 В, сопротивлении Rз = Rо = 4 Ом ток замыкания Iкз составит (в А):
Такой величины тока может оказаться недостаточно для перегорания плавкой вставки. В этом случае корпус электроустановки окажется под напряжением, величина которого может превысить предельно допустимые значения для прикосновения человека.
Также является недопустимым использованием в сети с глухозаземленной нейтралью соединение части корпусов электроустановок с нулевым проводом с частями, заземленными на отдельные заземлители, так как при замыкании на одном из корпусов электроустановок, подсоединенных к отдельному заземлителю, напряжение на нем достигает опасной величины. В этом случае корпуса электроустановок, правильно подсоединенных к нулевому проводу, окажутся под опасным напряжением относительно земли.
Зануленне должно быстро отключать поврежденную электроустановку от сети и обеспечивать безопасность прикосновения человека к запуленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануленне должно быть рассчитано на отключающую способность, а также на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления).
При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного короткого замыкания Iкз удовлетворяет условию Iкз>кIп, где к—коэффициент кратности номинального тока /ш плавкой вставки предохранителя или установки тока срабатывания автоматического выключателя.
Значение коэффициента к принимается в зависимости от типа защиты электроустановки. Сели защита осуществляется автоматическим выключателем, А принимается в пределах 1,25—1,4. Если защита производится с помощью плавких предохранителей, то в целях ускорения отключения принимают к>3.
Сопротивление заземления нейтрали должно быть таким, чтобы в случае замыкания какой-либо фазы на землю напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к зануленному корпусу, не превышало допустимого напряжения прикосновения. Для снижения напряжения на корпусе необходимо уменьшать сопротивление нулевого провода (увеличив его сечение или проложив параллельно несколько проводников, пли применять повторное заземление нулевого провода).
Согласно требованию ПУЭ общее сопротивление заземления нейтрали и всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 8,4 и 2 Ом соответственно при линейных напряжениях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника однофазного тока.
Расчеты рабочего и повторного заземлений выполняются аналогично расчетам защитных заземлений электроустановок.
Контроль зануления проводится после монтажа электроустановки, ее капитального ремонта или реконструкции и 1 раз в 5 лет в процессе эксплуатации. Контроль включает внешний осмотр цепи, измерение сопротивления петли фазы—пулевой провод и измерения сопротивлений рабочего и повторных заземлений.
При внешнем осмотре проверяются элементы цепи, доступные осмотру. Между корпусами оборудования и нулевым проводом питающей сети должна быть надежная цепь, не должно быть обрывов и неудовлетворительных контактов.
Сопротивления рабочего и повторных заземлений нулевого провода измеряются аналогично измерениям сопротивлений защитных заземлений.
Измерение сопротивления петли фазы — нулевой проводник проводят для определения величины полного сопротивления петли и последующего расчета величины тока однофазного короткого замыкания с целью сравнения его с номинальным током устройства максимальной токовой защиты.
Защитное отключение. Это —быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.
Защитное отключение должно осуществлять защиту 01 глухих или неполных замыканий на землю или корпус; при появлении опасных токов утечки; при переходе высшего напряжения на низшее.
Рис. 26. Схемы устройства защитного отключении:
а — на напряжение корпуса относительно земли; 6 — на токе замыкания ня землю; в — то же, с включением катушки Р30 в рассечку провода зануления
Устройства защитного отключения должны обладать высокой чувствительностью, малым временем отключения (ПУЭ требует, чтобы это время не превышало 0,2 с); самоконтроль и надежность. На рис. 26, а приведена схема защитного отключения, реагирующая па напряжение на корпусе электроустановки относительно земли. В качестве чувствительного элемента используется реле напряжения (РЗО), включаемое между корпусом защищаемой электроустановки и дополнительным заземлением. Размыкающий контакт 1Р30 включается в цепь питания катушки магнитного пускателя (МП). Схема работает следующим образом; при замыкании на корпус последний оказывается под напряжением относительно земли. Если величина этого напряжения превышает установку реле, оно срабатывает и разрывает размыкающий контакт в цепи управления. При этом катушка МП обесточивается и отключает электроустановку. Исправность схемы проверяется вручную — путем имитации замыкания фазы на корпус нажатием кнопки контроля (К).
Эта схема защитного отключения отличается простотой устройства, но требует вспомогательного заземли-
теля
Схема защитного отключения рис. 26, б. в на токе замыкания на землю в качестве чувствительного элемента содержит токовое реле (РЗО), включаемое между корпусом защищаемой электроустановки и заземлителем или нулевым проводом 0 питающей сети. Принцип действия этой схемы аналогичен описанной выше, но в связи с использованием в ней токового реле с малым сопротивлением катушки отпадает необходимость во вспомогательном заземлителе, что является ее достоинством. Недостатком схемы является отсутствие в ней системы самоконтроля.
Защитное отключение может применяться как основная мера защиты совместно с защитным заземлением или занулением.
Электрозащитные средства и предохранительные приспособления. К электрозащитным относятся переносимые и перевозимые средства, служащие для защиты людей от поражения электрическим током {ГОСТ 12.1.009— 76).
По назначению электрозащитные средства (ЭЗС) разделяются на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.
Необходимость их применения обусловлена тем, что при эксплуатации электроустановок иногда возникают условия, когда примененные на них совершенные защитные устройства не гарантируют безопасность человека.
Изолирующие электрозащитные средства разделяются на основные и дополнительные. Изоляция основных средств надежно выдерживает рабочие напряжения электроустановок, и с их помощью разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. При обслуживании электроустановок напряжением до 1000 В основными изолирующими средствами являются указатели напряжений, электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками.
Дополнительные средства применяются в сочетании с основными, так как самостоятельно не обеспечивают безопасности персонала. К ним относятся диэлектрические галоши, боты, изолирующие подставки и резиновые диэлектрические ковры.
Ограждающие средства применяют для временного ограждения токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним относятся ограждения (ширмы, барьеры, щиты), изолирующие накладки и колпаки, переносные заземления, предупредительные переносные плакаты.
Вспомогательные защитные средства служат для защиты персонала от падения с высоты (предохранительные пояса и страхующие канаты), для безопасного подъема на высоту (лестницы, когти) и для защиты от тепловых, световых, химических и других воздействий (спецодежда, рукавицы, противогазы, защитные очки и др.).
Полезная информация:
Рис. 23. Глубина погружения электродов в грунт:
а — вертикального; 6 — горизонтального
Исходными данными для его расчета являются:
удельное электрическое сопротивление грунта р (в Ом-м), принимаемое в соответствии с данными табл. 5;
глубина погружения электродов в грунт (рис. 23), в том числе глубина расположения середины вертикального электрода от поверхности земли и величина заглубления вертикальных и горизонтальных электродов в грунт;
форма и размеры вертикального электрода (заземлителя), в том числе его длина, и диаметр, м, в соответствии с данными, представленными ниже;
форма и размеры горизонтального электрода, в частности диаметр электрода. В качестве горизонтальных электродов, соединяющих вертикальные заземлители, применяют стальные ленты прямоугольного сечения.
величина отношения расстояния между вертикальными электродами к их длине По, которая принимается равной 1, 2 или 3;
расстояние, на котором находятся вертикальные электроды, а0. м;
коэффициенты использования вертикальных ηв и горизонтальных ηг грунтовых заземлителей, расположенных по контуру помещения, принимаемые по величинам nв и nо, в соответствии с данными табл. 6;
значение допустимого сопротивления заземляющего устройства Rа Ом.
Электротехнический расчет заземляющего устройства ведется по допустимому сопротивлению с применением метода коэффициентов использования (грунт считается однородным).
Порядок расчета следующий. Определяется электрическое сопротивление одиночного вертикального электрода по следующей формуле (в Ом):
Рассчитывается суммарная длина горизонтального электрода lt, соединяющего вертикальные электроды в контурном заземляющем устройстве (в м):
где nв — число вертикальных электродов (nв больше 4), шт.
Вычисляется расчетное электрическое сопротивление заземляющего устройства растеканию тока (в Ом):
Сопоставляется расчетное сопротивление R с допустимым. Если R>R3, увеличивается число вертикальных электродов nп и длина горизонтального электрода lr. Операции по расчету повторяются по формулам до тех пор, пока будет удовлетворено условие R<R3.
Зануление. В
электроустановках до 1 кВ с
глухо-заземленной нейтралью должно быть выполнено зануление. Этот
способ защиты
человека от поражении током в случае замыкания фазы на нетоковедущие
части
электроустановки заключается в преднамеренном
электрическом
соединении с нулевым защитным проводником (рис. 25).
Рис. 25. Зануление оборудования
Защитный эффект зануления состоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и, следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека. При подключении корпусов электроустановок к нулевому проводу любое замыкание на корпус становится однофазным коротким.
Ток короткого замыкания Iна определяется фазным напряжением Uф и полным сопротивлением цепи (в А):
где rт — сопротивление обмоток трансформатора, Ом; rф.пр. — сопротивление фазного провода, Ом; rи — сопротивление нулевого провода.
При rт/3+rф.пр.=rф ток короткого замыкания будет (в А):
Если принять rф = rн, при замыкании на корпус напряжение на нем, равное падению напряжения на нулевом проводе (Uн), составит (в В):
При фазном напряжении Uф = 220 В напряжение на корпусе Uк=110 В. По условиям безопасности появление такого напряжения на корпусе допустимо в течение не более 0,5 с. За это время в ряде случаев автоматическое отключение установки может не произойти. Поэтому для повышения безопасности нулевой провод повторно заземляют. В этом случае при замыкании на корпус ток замыкания на землю составит (в А):
где Rо — сопротивление заземления нейтрали, Ом; Rп— сопротивление повторного заземления. Ом.
Если при rф = rн принять Rо = Rп. при замыкании на корпус напряжение на нем, равное падению напряжения на сопротивлении повторного заземления U3, будет (в В):
Из сравнения формул Uк = Uф/2 и Uа = Uф/4 видно, что повторное заземление при замыкании на корпус снижает его потенциал, т. е. повышает безопасность. При Uф = 220 В напряжение на корпусе будет не 110, а 55 В. Такое напряжение допускает увеличение времени срабатывания защиты до 1 с.
Применение повторного заземления нулевого провода дает аналогичное снижение потенциала на корпусе оборудования и при обрыве нулевого провода.
Применение одного заземления корпуса электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью недопустимо, так как при пробое изоляции на корпус в цепь замыкания будут включены два сопротивления Rз и Rо, значительно снижающие ток замыкания Iкз.
Так, при Uф сети, в которую включена электроустановка, равном 220 В, сопротивлении Rз = Rо = 4 Ом ток замыкания Iкз составит (в А):
Такой величины тока может оказаться недостаточно для перегорания плавкой вставки. В этом случае корпус электроустановки окажется под напряжением, величина которого может превысить предельно допустимые значения для прикосновения человека.
Также является недопустимым использованием в сети с глухозаземленной нейтралью соединение части корпусов электроустановок с нулевым проводом с частями, заземленными на отдельные заземлители, так как при замыкании на одном из корпусов электроустановок, подсоединенных к отдельному заземлителю, напряжение на нем достигает опасной величины. В этом случае корпуса электроустановок, правильно подсоединенных к нулевому проводу, окажутся под опасным напряжением относительно земли.
Зануленне должно быстро отключать поврежденную электроустановку от сети и обеспечивать безопасность прикосновения человека к запуленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануленне должно быть рассчитано на отключающую способность, а также на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления).
При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного короткого замыкания Iкз удовлетворяет условию Iкз>кIп, где к—коэффициент кратности номинального тока /ш плавкой вставки предохранителя или установки тока срабатывания автоматического выключателя.
Значение коэффициента к принимается в зависимости от типа защиты электроустановки. Сели защита осуществляется автоматическим выключателем, А принимается в пределах 1,25—1,4. Если защита производится с помощью плавких предохранителей, то в целях ускорения отключения принимают к>3.
Сопротивление заземления нейтрали должно быть таким, чтобы в случае замыкания какой-либо фазы на землю напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к зануленному корпусу, не превышало допустимого напряжения прикосновения. Для снижения напряжения на корпусе необходимо уменьшать сопротивление нулевого провода (увеличив его сечение или проложив параллельно несколько проводников, пли применять повторное заземление нулевого провода).
Согласно требованию ПУЭ общее сопротивление заземления нейтрали и всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 8,4 и 2 Ом соответственно при линейных напряжениях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника однофазного тока.
Расчеты рабочего и повторного заземлений выполняются аналогично расчетам защитных заземлений электроустановок.
Контроль зануления проводится после монтажа электроустановки, ее капитального ремонта или реконструкции и 1 раз в 5 лет в процессе эксплуатации. Контроль включает внешний осмотр цепи, измерение сопротивления петли фазы—пулевой провод и измерения сопротивлений рабочего и повторных заземлений.
При внешнем осмотре проверяются элементы цепи, доступные осмотру. Между корпусами оборудования и нулевым проводом питающей сети должна быть надежная цепь, не должно быть обрывов и неудовлетворительных контактов.
Сопротивления рабочего и повторных заземлений нулевого провода измеряются аналогично измерениям сопротивлений защитных заземлений.
Измерение сопротивления петли фазы — нулевой проводник проводят для определения величины полного сопротивления петли и последующего расчета величины тока однофазного короткого замыкания с целью сравнения его с номинальным током устройства максимальной токовой защиты.
Защитное отключение. Это —быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.
Защитное отключение должно осуществлять защиту 01 глухих или неполных замыканий на землю или корпус; при появлении опасных токов утечки; при переходе высшего напряжения на низшее.
Рис. 26. Схемы устройства защитного отключении:
а — на напряжение корпуса относительно земли; 6 — на токе замыкания ня землю; в — то же, с включением катушки Р30 в рассечку провода зануления
Устройства защитного отключения должны обладать высокой чувствительностью, малым временем отключения (ПУЭ требует, чтобы это время не превышало 0,2 с); самоконтроль и надежность. На рис. 26, а приведена схема защитного отключения, реагирующая па напряжение на корпусе электроустановки относительно земли. В качестве чувствительного элемента используется реле напряжения (РЗО), включаемое между корпусом защищаемой электроустановки и дополнительным заземлением. Размыкающий контакт 1Р30 включается в цепь питания катушки магнитного пускателя (МП). Схема работает следующим образом; при замыкании на корпус последний оказывается под напряжением относительно земли. Если величина этого напряжения превышает установку реле, оно срабатывает и разрывает размыкающий контакт в цепи управления. При этом катушка МП обесточивается и отключает электроустановку. Исправность схемы проверяется вручную — путем имитации замыкания фазы на корпус нажатием кнопки контроля (К).
Эта схема защитного отключения отличается простотой устройства, но требует вспомогательного заземли-
теля
Схема защитного отключения рис. 26, б. в на токе замыкания на землю в качестве чувствительного элемента содержит токовое реле (РЗО), включаемое между корпусом защищаемой электроустановки и заземлителем или нулевым проводом 0 питающей сети. Принцип действия этой схемы аналогичен описанной выше, но в связи с использованием в ней токового реле с малым сопротивлением катушки отпадает необходимость во вспомогательном заземлителе, что является ее достоинством. Недостатком схемы является отсутствие в ней системы самоконтроля.
Защитное отключение может применяться как основная мера защиты совместно с защитным заземлением или занулением.
Электрозащитные средства и предохранительные приспособления. К электрозащитным относятся переносимые и перевозимые средства, служащие для защиты людей от поражения электрическим током {ГОСТ 12.1.009— 76).
По назначению электрозащитные средства (ЭЗС) разделяются на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.
Необходимость их применения обусловлена тем, что при эксплуатации электроустановок иногда возникают условия, когда примененные на них совершенные защитные устройства не гарантируют безопасность человека.
Изолирующие электрозащитные средства разделяются на основные и дополнительные. Изоляция основных средств надежно выдерживает рабочие напряжения электроустановок, и с их помощью разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. При обслуживании электроустановок напряжением до 1000 В основными изолирующими средствами являются указатели напряжений, электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками.
Дополнительные средства применяются в сочетании с основными, так как самостоятельно не обеспечивают безопасности персонала. К ним относятся диэлектрические галоши, боты, изолирующие подставки и резиновые диэлектрические ковры.
Ограждающие средства применяют для временного ограждения токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним относятся ограждения (ширмы, барьеры, щиты), изолирующие накладки и колпаки, переносные заземления, предупредительные переносные плакаты.
Вспомогательные защитные средства служат для защиты персонала от падения с высоты (предохранительные пояса и страхующие канаты), для безопасного подъема на высоту (лестницы, когти) и для защиты от тепловых, световых, химических и других воздействий (спецодежда, рукавицы, противогазы, защитные очки и др.).
Полезная информация: