Сделай Сам Свою Работу на 5

Технические способы защиты от поражения электрическим током.

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током в электроустановках должны применяться технические способы и средства защиты.

Выбор того или иного способа или средства защиты (или их сочетаний) в конкретной электроустановке и эффективность его применения зависят от целого ряда факторов, в том числе от:

  • номинального напряжения;
  • рода, формы и частоты тока электроустановки;

§ способа электроснабжения (от стационарной сети, от автономного источника питания электроэнергией);

§ режима нейтрали источника трехфазного тока (средней точки источника постоянного тока) – изолированная нейтраль, заземленная нейтраль;

  • вида исполнения (стационарные, передвижные, переносные);
  • условий внешней среды;

§ схемы возможного включения человека в цепь протекания тока (прямое однофазное, прямое двухфазное прикосновение; включение под напряжение шага);

  • вида работ (монтаж, наладка, испытания) и др.

Кроме того, по принципу действия, все технические способы защиты разделяются на:

§ снижающие до допустимых значений напряжения прикосновения и шага;

  • ограничивающие время воздействия тока на человека;

§ предотвращающих прямое прикосновение к токоведущим частям.

Классификация технических способов и средств защиты от поражения электрическим током в электроустановках приведена на рисунке 5.1

Рисунок 5.1 Технические способы и средства защиты от поражения электрическим током

Основными техническими средствами защиты являются:

  • Защитное заземление;
  • Автоматическое отключение питания (зануление);
  • Устройства защитного отключения.

 

Заземление снижает до безопасной величины напряжение относительно земли металлических частей электроустановки, оказавшихся па напряжением при повреждении изоляции.
Защитное заземление– преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь карьерном залегании и т. п.



Электрическое сопротивление такого соединения должно быть минимальным (не более 4 Ом для сетей с напряжением до 1000 В и не более 10 Ом для остальных). При этом корпус электроустановки и обслуживающий ее персонал будут находиться под равными, близкими к нулю, потенциалами даже при пробое изоляции и замыкании фаз на корпус.

Назначение защитного заземления– устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Различают два типа заземлений: выносное и контурное.

Выносное заземление характеризуется тем, что его заземлитель (элемент заземляющего устройства, непосредственно контактирующий с землей) вынесен за пределы площадки, на которой установлено оборудование. Таким способом пользуются для заземления оборудования механических и сборочных цехов. Выносное заземление называют также сосредоточенным.
Существенный недостаток выносного заземления– отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1 кВ, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения.

Достоинством выносного заземленияявляется возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т. п.).
Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

§ при невозможности по каким–либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;

§ при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;

§ при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземление состоит из нескольких соединенных заземлителей, размещенных по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Такой тип заземления применяют в установках выше 1 кВ. Контурное заземление называется также распределенным.

Принцип действия защитного заземления– снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземлениев качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно .

Область применения защитного заземления:

§ электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT);

§ электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двухпроводных сетях переменного тока изолированных от земли;

§ электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT);

§ электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока.

Заземление электроприборов.Металлические корпуса электроустановок и приборов (стиральные машины, электроводонагреватели, кондиционеры и т.д.) обязательно должны быть заземлены путем соединения с нулевым проводом электросети. Использование металлических труб и других деталей водопровода, отопительной или канализационной сети для заземления (зануления) запрещено.

 

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с глухо заземленной нейтралью трансформатора в трехфазных сетях металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

В сетях однофазного тока части электроустановки соединяются с глухозаземленным выводом источника тока, а сетях постоянного тока – с заземленной точкой источника.

При занулении нейтраль заземляется у источника питания. Эта система имеет наибольшее распространение. Оно считается основным средством обеспечения электробезопасности в трехфазных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

В сети с занулением следует различать нулевые защитный и рабочий проводники.

Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник. Нулевым защитным проводникомназывается проводник, соединяющий зануляемые части потребителей (приемников) электрической энергии с заземленной нейтралью источника тока. Нулевой рабочий проводник используют для питания током электроприемников и тоже соединяют с заземленной нейтралью, но через предохранитель.
Использовать нулевой рабочий провод в качестве нулевого защитного нельзя, так как при перегорании предохранителя все подсоединенные к нему корпуса могут оказаться под фазным напряжением!
Зануление необходимо для обеспечениязащиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

Область применения зануления:

§ электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В);

§ электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;

§ электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Принцип действия зануления.При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока короткого замыкания.

Следовательно, зануление обеспечивает защиту от пораженияэлектрическим токомпри замыкании на корпус за счет ограничения времени прохождения тока через тело человека и за счет снижения напряжения прикосновения.

Надежность зануления определяетсяв основном надежностью нулевого защитного проводника. В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключатели, предохранители и другие приборы, способные нарушить его целостность.

При соединении нулевых защитных проводников между собой должен обеспечиваться надежный контакт. Присоединение нулевых защитных проводников к частям электроустановок, подлежащих занулению, осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем, значение сопротивления между зануляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью электроустановки, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом. Присоединение должно быть доступно для осмотра.

Нулевые защитные провода и открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: по зеленому фону желтые полосы.

В процессе эксплуатации зануления сопротивление петли “фаза–нуль” может меняться, следовательно, необходимо периодически контролировать значение этого сопротивления. Измерения сопротивления петли “фаза–нуль” проводят как после окончания монтажных работ, то есть при приемо–сдаточных испытаниях, так и в процессе эксплуатации в сроки, установленные в нормативно технической документации, а также при проведении капитальных ремонтов и реконструкций сети.

Расчет зануленияимеет целью определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи – быстро отключает поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период.

 

Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Назначение защитного отключения – обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

Область применения: электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали.

Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (уставка). Если входной сигнал превышает эту заданную величину, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройство защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

 

Классификация УЗО

Все УЗО, по виду входного сигнала, классифицируют на несколько типов (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 Классификация УЗО по виду входного сигнала

 

Кроме того, УЗО могут классифицироваться по другим критериям, например, по конструктивному исполнению. Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.

Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются:

– номинальный ток нагрузки, т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме;

– номинальное напряжение;

– уставка (заданная величина);

– время срабатывания устройства.

Рассмотрим УЗО более подробно.

УЗО, реагирующее на потенциал корпуса относительно земли, предназначено для обеспечения безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном) корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в этом устройстве (рисунок 5.2) служит реле Р, обмотка которого включена между корпусом электроустановки и вспомогательным заземлителем Rв. Электроды вспомогательного заземлителя Rв располагаются вне зоны растекания токов заземлителя Rз.

Рисунок 5.2 Схема УЗО, реагирующего на потенциал корпуса

 

При замыкании на корпус защитное заземление Rз снизит потенциал корпуса относительно земли до величины Uз=IзRз. Если по каким–либо причинам окажется, что Uз>Uздоп, где Uздоп – потенциал корпуса, при котором напряжение прикосновения не превышает допустимого, то срабатывает реле Р, которое своими контактами замкнет цепь питания катушки коммутационного аппарата и произойдет отключение поврежденной электроустановки от сети.

Фактически данный тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повышая надежность заземления или зануления. Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режимом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно.

Такие УЗО, как реагирующие на дифференциальный (остаточный) ток, находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Они могут осуществлять защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении, при косвенном прикосновении, при несимметричном снижении изоляции проводов относительно земли в зоне защиты устройства, при замыканиях на землю, и в других ситуациях.

 

Меры защиты

                                   
       
         
 
 
 
Защита как от прямого так и от непрямого касания
 
Защита от прямого касания
 
Защита от непрямого касания
 
     
 
 

 

 


 

 

Защита должна быть обеспечена за счет:

– самого оборудования;

– применения мер защиты при постройке;

– комбинации из вышеперечисленных пунктов.

 

Принцип действия УЗО дифференциального типа заключается в том, что оно постоянно контролирует дифференциальный ток и сравнивает его с уставкой. При превышении значения дифференциального тока уставки УЗО срабатывает и отключает аварийный потребитель электроэнергии от сети. Входным сигналом для трехфазных УЗО является ток нулевой последовательности. Входной сигнал УЗО функционально связан с током, протекающим через тело человека Ih.

Область применения УЗО дифференциального типа – сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (система TN – S). Схема включения УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью типа TN – S, представлена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 Схема подключения к сети УЗО (система TN – S), реагирующего на дифференциальный ток.

Датчиком такого устройства является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формируется сигнал, пропорциональный току через тело человека Ih. Преобразователь УЗО (П) сравнивает значение входного сигнала с уставкой, значение которой определяется допустимым током через человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом (ИО). Исполнительный орган, например, контактор, отключает электроустановку от сети в случае возникновения опасности поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.

По условиям функционирования дифференциальные УЗО подразделяются на следующие типы:

· УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий;

· УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающий;

· УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи;

· УЗО типа S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения);

· УЗО типа G – то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.

Конструктивно дифференциальные УЗО разделяются на два типа:

1) электромеханические УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является сам входной сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует;

2) электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания. Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.

Основными параметрами УЗО дифференциального типа являются:

– уставка (дифференциальный отключающий ток);

– время срабатывания;

– ток нагрузки;

– напряжение питания.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается целый ряд УЗО различного назначения. Кроме того, широко используются УЗО известных зарубежных фирм, таких как Siemens, ABB, GE Power, ABL Sursum, Hager, AEG, Baco, Legrand, Merlin–Gerin, Circutor и др.

В России УЗО становится привычным и обязательным оборудованием электроустановок промышленного и социально–бытового назначения, обязательным элементом каждого распределительного щита – стационарного, временного (на стройплощадке) или мобильного. УЗО оборудуются в обязательном порядке все передвижные объекты (жилые домики–прицепы на кемпинговых площадках, торговые фургоны, фургоны общественного питания, малые временные электроустановки наружной установки, например, устраиваемые на площадях на время праздничных гуляний), ангары, гаражи.

УЗО встраивают в розеточные блоки или вилки, через которые подключаются компьютерное оборудование, периферийные устройства, электроприборы, эксплуатируемые в особо опасных – влажных, пыльных, с проводящими полами и т.п. помещениях.

Представляет интерес еще один аспект применения УЗО – борьба с хищениями электроэнергии путем использования локального заземлителя.

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.

На рисунке 5.4 приведен разработанный Международной электротехнической комиссией МЭК график областей физиологического действия на человека переменного тока.

Из графика следует, что токовые характеристики УЗО расположены значительно ниже даже области 3 – ощутимых, но не вызывающих опасности фибрилляции сердца токов. Это означает, что УЗО обеспечивает надежную защиту человека от поражения электрическим током. Статистические данные по электротравматизму, полученные за почти 30–летний период с начала широкого внедрения УЗО, подтверждают высокую эффективность данного электрозащитного средства – количество смертельных травм снизилось почти в 100 раз.

Термин "устройство защитного отключения – УЗО", принятый в отечественной специальной литературе, наиболее точно определяет назначение данного устройства и его отличие от других коммутационных электрических аппаратов – автоматических выключателей, выключателей нагрузки, магнитных пускателей и т.д.

Рис. 5.4. График областей физиологического действия на человека переменного тока (50–60 Гц) по МЭК 479–94

Токовые характеристики УЗО:

1 – неощутимые токи;

2 – ощутимые, но не вызывающие физиологических нарушений;

3 – ощутимые, но не вызывающие опасность фибрилляции сердца;

4 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность < 5%);

5 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность < 50%);

6 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность > 50%);

А и В – времятоковые характеристики УЗО, А – реального устройства типа АСТРО*УЗО (IDn=30 мА) и В – определяемая ГОСТ Р 51326.1–99.

В настоящее время действует международная классификация УЗО, разработанная МЭК (IEC). Принято общее название – RCD – residual current protective device. Точный перевод – защитное устройство по разностному (дифференциальному) току. Существует также ряд дополнительных названий для различных вариантов исполнения устройств защитного отключения, которые приведены ниже.

RCD residual current protective device – защитное устройство по дифференциальному (разностному) току (общее название УЗО);

PRCD portable residual current protective device – переносное защитное устройство по дифференциальному току;

PRCD–S portable residual current protective device – safety – переносное защитное устройство по дифференциальному току (в кабеле–удлинителе);

SRCD fixed socket outlets residual protective current device – защитное устройство по дифференциальному току (встроенное в розетку);

RCCB residual current operated circuit – breakers without integral overcurrent protection – защитное устройство по дифференциальному току без встроенной защиты от сверхтоков;

RCBO residual current operated circuit breakers with integral overcurrent protection – защитное устройство по дифференциальному току со встроенной защитой от сверхтоков;

RCM residual current monitor – устройство контроля дифференциального тока (тока утечки).

Устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.

Принцип действия УЗО поясняется на примере электрической цепи, представленной на рисунке 5.5.

Рис. 5.5. Схема, иллюстрирующая принцип действия УЗО

 

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, который в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 потечет дополнительный ток ID (ток утечки), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках – I1 + ID в фазном проводнике и I2 = I1 в нулевом рабочем проводнике – вызывает дисбаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает заданное значение тока порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Т" искусственно создается цепь протекания отключающего дифференциального тока. Срабатывание УЗО в этом случае означает, что устройство в целом исправно.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.

Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба – гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий, произошедших из–за неисправностей электропроводки и электрооборудования. Если учесть, что стоимость одного УЗО не превышает стоимости простого бытового электроприбора, а возможный ущерб, который можно было избежать, если бы УЗО было установлено, исчисляется огромными суммами, то становится совершенно очевидной и не требующей дополнительных доказательств необходимость скорейшего и самого широкого внедрения УЗО нового поколения во всех электроустановках.

Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении. В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры – контроль изоляции, разделительные трансформаторы и др.

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.