В соответствии с ГОСТ 14255 устанавливаются степени защиты персонала от прикосновения к токоведущим частям, попадания посторонних тел и проникновения воды (табл. 3.8).
При эксплуатации электрооборудования наибольшее значение имеют технические способы и средства защиты, которые в соответствии с ГОСТ 12.1.019 должны устанавливаться с учетом номинального напряжения, рода и частоты тока; способа электроснабжения (стационарная сеть, автономный источник питания); режима нейтрали (средней точки) источника питания; вида исполнения (стационарные, передвижные, переносные); условий внешней среды (особо опасные помещения, помещения повышенной опасности, помещения без повышенной опасности, на открытом воздухе); возможности снятия напряжения с токоведущих частей, на которых или вблизи которых должна производиться работа; характера возможного прикосновения человека к элементам цепи тока (однофазное, двухфазное прикосновения, прикосновение к металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением); видов работ и т.д.
Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, используют следующие способы:
защитное заземление;
защитное зануление;
защитное отключение;
выравнивание потенциала;
электрическое разделение сети;
система защитных проводов;
изоляция токоведущих частей;
безопасные (малые) напряжения;
контроль изоляции;
компенсация токов замыкания на землю;
средства индивидуальной защиты и др.
Кроме того, для обеспечения защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям используют защитные оболочки, защитные ограждения (временные или стационарные), безопасное расположение токоведущих частей, изоляцию токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная), изоляцию рабочего места, предупредительную сигнализацию, блокировку, знаки безопасности.
Все вышеперечисленные способы и средства защиты могут использоваться как отдельно, так и в сочетании друг с другом.
Согласно ГОСТ 12.1.009 защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (при пробое на корпус либо по другим причинам). Оно применяется в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием одной из фаз на корпус электрооборудования и соответственно проходящего через тело человека тока.
Согласно ГГУЭ, для электроустановок напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали трансформатора (генератора) сопротивление защитного заземления должно быть не более 4 Ом.
В случае пробоя одной из фаз электросети на корпус электродвигателя благодаря защитному заземлению напряжение прикосновения, под которое может попасть человек, прикоснувшись к корпусу, значительно снижается.
На корпусе электрического двигателя появляется напряжение, равное произведению тока замыкания на землю 1з и сопротивления заземлителя R3:
Ток однофазного замыкания на землю в сети напряжением до 1000 В обычно не превышает 10 А. Следовательно, напряжение прикосновения на корпусе заземленного оборудования при замыкании составит
Поэтому ток IЧ, проходящий через тело человека, тем меньше, чем меньше сопротивление заземлителя:
Такой ток является безопасным для человека.
Защитное заземление выполняют путем преднамеренного соединения корпусов оборудования с землей. В качестве заземляющих проводников допускается использовать естественные заземлители -- электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного или иного назначения (водопроводные трубы и любые другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих газов, жидкостей, а также трубопроводов, покрытых изоляцией, свинцовых оболочек кабелей) и т.п.
Принципиальная схема устройства защитного заземления показана на рис. 3.8.
К искусственным заземлителям относятся специальные электроды, закопанные в землю. Это могут быть стержни из угловой стали размером от 40x40 до 60x60 мм, стальные трубы диаметром 30-50 мм, полосовая сталь размером не менее 4x12 мм, стальные прутки диаметром 10-12 мм, забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой.
Заземлитель каждого вида имеет свое сопротивление растеканию, которое определяется как суммарное сопротивление грунта от заземлителя до любой точки земли с нулевым потенциалом.
Рис. 3.8 Схема заземляющего устройства; а - расположение заземлителей в плане
В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановок с заземлителем, применяют медные, алюминиевые проводники или полосовую сталь. Заземляющие проводники прокладывают открыто, с хорошим доступом для осмотра. Они должны иметь отличительную окраску - по зеленому фону желтые полосы шириной 15 мм на расстоянии одна от другой в 150 мм. При выполнении заземления не допускается последовательное присоединение оборудования к заземлителю.
По расположению относительно корпусов электрооборудования различают два вида заземления: выносное (сосредоточенное) и контурное (распределенное). При выносном заземлении заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой находится электрооборудование. Это дает возможность выбрать место с наименьшим сопротивлением грунта для размещения заземлителя. Недостатком такого заземления является то, что установка и человек находятся на земле с нулевым потенциалом, и в аварийных ситуациях человек может оказаться под напряжением прикосновения, равным напряжению заземлителя. Поэтому такой вид заземления используют только при небольшой силе тока замыкания на землю в электроустановках напряжением до 1000 В.
Более распространенным является контурное заземление, при котором одиночные заземлители размещены по
контуру (периметру) производственной площадки. В аварийных ситуациях при таком виде заземления напряжения прикосновения и шага характеризуются небольшими значениями и, следовательно, достигается максимальная безопасность. Согласно ГОСТ 12.1.030 сопротивление заземляющего устройства нормируется и не должно превышать в любое время года нижеприведенных значений:
Рис. 3.9 Схема защитного зануления оборудования
10 Ом - в стационарных сетях пожароопасных помещений с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В;
4 Ом.-- в стационарных сетях взрывоопасных помещений, помещений с повышенной опасностью и особо опасных с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В;
0,5 Ом - в установках напряжением выше 1000 В при большой расчетной силе тока замыкания на землю (13 > 500 А);
250/I3, но не более 10 Ом - в установках напряжением выше 1000 В, если сила тока замыкания небольшая.
При удельном электрическом сопротивлении грунта, равном ргр > 500 Омм, для вышеуказанных значений допускается вводить повышающие коэффициенты, зависящие от сопротивления грунта. В частности, в электроустановках напряжением до 1000 В в сети с заземленной нейтралью при удельном электрическом сопротивлении грунта выше 100 Ом-м допускается увеличение указанной нормы в ргр/100 раз.
Защитное зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009), а нулевой защитный проводник -- это проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом (рис. 3.9).
Этот метод защиты используют в четырехпроводных трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В, чаще в сетях 380 / 220 В и 220 / 127 В. Это связано с тем, что сила тока замыкания на землю в таких сетях велика и даже при нормативном значении сопротивления заземления при пробое фазы на корпус оборудования через тело человека может проходить ток значительной величины.
Принцип действия защитного зануления заключается в превращении случайного замыкания фазы на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную электроустановку от источника питания.
Сила тока IКЗ в этом случае определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания
где Rт - внутреннее сопротивление трансформатора, Ом; Rф и Rн - сопротивления фазного и нулевого проводников соответственно.
Если принять, что Rф = Rн = 0,1 Ом, так как в соответствии с ПУЭ проводимость нулевого провода должна быть не менее половины проводимости фазного провода (в реальных условиях эти величины значительно ниже), а значением RT пренебречь, поскольку эта величина составляет тысячные доли Ома, то для сети напряжением 380/220 В получим
Такая сила тока неизбежно вызовет срабатывание защиты, и установка автоматически отключится от сети. В качестве защитных средств можно использовать плавкие предохранители или автоматические выключатели (магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, другие автоматы, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузки).
Защиту выбирают с таким расчетом, чтобы сила тока однофазного короткого замыкания превышала не менее чем в три раза номинальную силу тока срабатывания защитных устройств.
Для снижения опасности поражения людей электрическим током в случае обрыва нулевого провода и замыкания фазы на корпус за местом обрыва необходимо повторно заземлять нулевой провод, иначе присоединенные после места обрыва к нулевому проводу корпуса электроустановок окажутся под фазным напряжением.
Занулению подлежат те же металлические нетоковеду-щие части электрооборудования, что и заземлению (корпуса электроустановок, трансформаторов, аппаратов, приводы электрических машин, каркасы распределительных щитов, светильников, оболочки кабелей и т.п.). В сети с занулением корпус приемника нельзя заземлять, не присоединив его к нулевому защитному проводу.
Одновременное зануление и заземление одного и того же корпуса не только не опасно, а напротив, улучшает условия безопасности, так как создает дополнительное за-земление нулевого защитного провода.
Зануление должно быть использовано в обязательном порядке в следующих случаях:
во всех электроустановках переменного тока напряжением 380 В и выше и установках постоянного тока напряжением выше 440 В;
в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных помещениях и в наружных установках при напряжениях переменного тока более 42 В и постоянного выше 110 В;
при любом напряжении постоянного и переменного тока во взрывоопасных установках.
В настоящее время в соответствии с комплексом стандартов Р50571 «Электроустановки зданий», разработанным на основе стандартов Международной электротехнической комиссии (МЭК), используют следующие обозначения систем заземления: T-NS, T-NC и T-N-C-S. В этой аббревиатуре Т обозначает режим нейтрали (глухозаземленная), N - защитное зануление, S - нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно на всем протяжении системы, С - эти проводники объединены на всем протяжении системы, C-S - они объединены на части системы.
Измерение сопротивления заземляющего устройства производят в соответствии с ПУЭ при сдаче-приемке, после монтажа и периодически во время эксплуатации. Для этой цели используют любые приборы, например, измерители сопротивления заземления РНИ-1.1, приборы М416, М417, М372, МС-07, МС-08 и др.
Однако зануление, как, впрочем, и заземление, не защищает человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям. Поэтому помимо зануления и других защитных мер возникает необходимость использования защитного отключения и выравнивания потенциала.
Защитное отключение представляет собой быстродействующую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.
При использовании этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1-0,2 с) отключением аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.
Принцип работы защитно-отключающего устройства состоит в том, что оно постоянно контролирует величину входного сигнала (напряжение корпуса относительно земли, силу тока замыкания на корпус, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и т.п.) и сравнивает его с установленным значением (уставкой). Если входной сигнал отличается от уставки в худшую сторону, то устройство срабатывает и отключает электроустановку от сети.