Защитные меры в электроустановках. Защитно-отключающие устройства

Принцип работы защитно-отключающих устройств состоит в том, что устройство постоянно контролирует величину входного сигнала (напряжение корпуса относительно земли, силу тока замыкания на землю, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и др.) и сравнивает его с установленным значением (уставкой). Если входной сигнал отличается от установки в худшую сторону, то устройство срабатывает.

Все устройства включают в себя следующие элементы:

1. датчик - чувствительный элемент, воспринимающий входной сигнал (иногда называется фильтром);
2. преобразователь - для преобразования и усиления входного сигнала, поступающего с датчика;
3. автоматический выключатель - исполнительный орган, отключающий электроустановку или участок сети при поступлении аварийного сигнала.
4. Защитно-отключающие устройства различаются по типу входного сигнала. Ниже в качестве примера рассмотрены некоторые из них.

Так, на рис. 8.10 показаны принципиальные схемы устройств, реагирующих на напряжение корпуса относительно земли (а) и ток замыкания на землю (б).

Рис. 8.10. Схема защитного отключения, реагирующего на напряжение корпуса относительно земли (a), и ток замыкания на землю (б): А - автоматический выключатель; КО - катушка отключающая; РН - реле напряжения; РТ - реле тока; Rз - сопротивление заземления, Rв - сопротивление повторного заземления

Данные схемы осуществляют защиту от глухих замыканий на землю (корпус) и используются в сетях любого напряжения как с изолированной, так и с глухозаземленной нейтралью.

Установка для этих схем определяется из следующих выражений:

где Uз.у, Iз.у - напряжение и сила тока установки; a1 - коэффициент прикосновения; Uпр.д.д - длительно допустимое напряжение прикосновения; Iч.д.д - длительно допустимое значение тока для человека

Достоинство этих схем - в их простоте, а недостаток - в отсутствии самоконтроля и необходимости применения вспомогательного заземления для случая, представленного на рис. 8.10, а.

При нарушении симметрии сопротивлений фаз относительно земли при замыкании на землю изменяются напряжения фаз относительно земли, вследствие этого возникает напряжение между нейтралью источника и землей U0 (напряжение нулевой последовательности), которое может служить входным сигналом для защитного устройства.

Датчиками в таких схемах (рис. 8.11) являются фильтры нулевой последовательности, включенные между фазными проводами и землей.

Рис. 8.11. Схема защитного отключения при напряжении для емкостного фильтра (1) и активного фильтра (2) нулевой последовательности

Вместо емкостных сопротивлений в фильтрах нулевой последовательности могут быть использованы активные или индуктивные сопротивления, вольтметры, лампы. При равенстве проводимостей фазных проводов относительно земли U0 = 0. Если это равенство отсутствует, то U0 тем больше, чем больше несимметрия, которая достигает максимального значения при глухом замыкании на землю.

Достоинствами этой схемы являются ее простота и четкое срабатывание при глухом замыкании на землю независимо от сопротивления изоляции и емкости сети. Недостаток заключается в том, что повышается опасность эксплуатации сети при малых сопротивлениях фильтра и реле, что обусловлено шунтированием изоляции сети и ложным срабатыванием при больших сопротивлениях.

Поэтому для четкости работы защиты применяют фильтр и реле с сопротивлением, соизмеримым с сопротивлением изоляции. Кроме того, эти устройства можно эксплуатировать только в сетях с изолированной нейтралью, и в этом случае, так же как и в предыдущих, отсутствует самоконтроль.

Достоинством предыдущей схемы обладает схема защитного отключения при напряжении фазы относительно земли, причем эта схема одновременно обеспечивает самоконтроль. Кроме рассмотренных существуют и другие схемы: работающие на токе нулевой последовательности, на постоянном или переменном оперативном токе, комбинированные, вентильные.

Поскольку разветвленные электрические сети, широко использумые в производстве, имеют значительную емкость, а исправная изоляция имеет небольшое сопротивление, то для повышения безопасности работы с ними производится так называемое защитное разделение сетей: Для этого подключают отдельные потребители через разделяющие трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:1.

Особенно это важно при работе на открытых площадках, в металлических резервуарах и аппаратах и т. п. Согласно ПУЭ, разделяющие трансформаторы применяют в установках напряжением до 1000 В, причем вторичное напряжение трансформаторов не должно превышать 380 В. Запрещается в этом случае заземлять вторичную обмотку, как это делается в понижающих трансформаторах, поскольку потребитель подсоединяется к сети с изолированной нейтралью.

Следующим способом защиты человека от поражения электрическим током является применение различных оболочек, ограждений и блокировок от случайного прикосновения к токоведущим частям (метод недоступности). Особенно это важно в электроустановках напряжением выше 1000 В, так как в этом случае опасно даже приближение к токоведущим частям - независимо от того, изолированы они или нет.

Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек (оболочки) применяют в электроустановках напряжением до 1000 В, сетчатые с размером ячеек сетки 25x25 мм - при напряжении выше 1000 В. Сетчатые ограждения должны иметь двери, запираемые на замок и снабженные электрическими или механическими блокировками. Блокировки также используют в рубильниках, пускателях, автоматических выключателях, работающих в условиях с повышенными требованиями к безопасности.

Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте также позволяет обеспечить определенную безопасность без применения ограждений. При этом обязательно следует учитывать возможность случайного прикосновения к токоведущим частям длинными предметами, которые человек может держать в руках.

Обеспечению электробезопасности человека способствует также окраска отдельных частей электроустановок в соответствии с ГОСТ 12.4.026-76 "Цвета сигнальные и знаки безопасности". Так, внутренние поверхности дверец шкафов, ниш и пультов управления, в которых имеются электрические аппараты, работающие при напряжении выше 42 В, должны быть окрашены в красный цвет. Однако окраска не является методом защиты, она используется в дополнение к рассмотренным способам защиты.

Важную роль в обеспечении безопасности электротехнического персонала играют различные защитные средства и предохранительные приспособления, к которым относятся:

а) штанги изолирующие (оперативные, измерительные), клещи изолирующие и электроизмерительные, указатели напряжения;

б) изолирующие средства для ремонтных работ под напряжением выше 1000 В;

в) диэлектрические перчатки, боты, галоши, коврики, изолирующие подставки;

г) слесарно-монтажный инструмент с изолированными рукоятками;

д) переносные заземления (закоротки);

е) временные ограждения, предупредительные плакаты;

ж) защитные очки, предохранительные пояса, канаты.

По назначению все средства защиты подразделяются на основные (пункты а, б, в, г) и дополнительные (все остальные). Основные средства способны длительное время выдерживать рабочее напряжение электроустановки, поэтому ими можно касаться открытых токоведущих частей, находящихся под напряжением. Например, в установках напряжением до 1000 В к ним относятся диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками, указатели напряжения; в электроустановках напряжением выше 1000 В - изолирующие штанги, клещи, указатели высокого напряжения.

Дополнительные средства, не обладая достаточной электрической прочностью, только усиливают защитное действие основных средств. Так, в электроустановках напряжением до 1000 В к ним относятся диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки, а напряжением выше 1000 В - диэлектрические перчатки, боты, подставки и коврики.