 |
|
Схемно-конструктивні заходи електробезпеки:
Для забезпечення захисту від поразки електричним струмом при дотику до металевих неструмопровідних частин, які можуть опинитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції, застосовують наступні способи:
· захисне заземлення;
· занулення;
· вирівнювання потенціалу;
· захисне відключення;
· ізоляцію неструмопровідних частин (подвійна ізоляція);
· електричне розділення мережі;
· мала напруга;
· контроль ізоляції;
· компенсація струмів замикання на землю;
· засоби індивідуального захисту.
Електричне розділення 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 ж напруги, які матимуть незначну ємність і високий опір ізоляції, небезпека ураження різко знизиться. Звичайно електричний поділ мереж здійснюється шляхом підключення електроприймачів через розподільний трансформатор, що живиться від основної розгалуженої мережі.
Захист від небезпеки при переході напруги з вищого боку на нижчий. 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. В мережах з заземленою нейтралю під час контакту між обмотками трансформатору трапляється замикання на землю. Мережі напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю, що зв’язані через трансформатор з мережами напругою вище 1000 В, повинні бути захищені пробивним запобіжником (складається з двох електродів, поділених слюдяною прокладкою з отворами), який зв’язує нейтраль чи фазу із землею. Тоді у випадку пошкодження ізоляції між обмотками вищої і нижчої напруг цей запобіжник пробивається і нейтраль або фаза нижчої напруги заземлюється. Пробивні запобіжники застосовуються, коли вища напруга є більшою, ніж 3000 В. Якщо вища напруга буде нижчою, ніж 1000 В, пробивний запобіжник не спрацює. Тому вторинні обмотки знижувальних трансформаторів для живлення ручного електроінструмента і ручних ламп малою напругою заземлюють чи занулюють.
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, у результаті чого виникає коротке замикання, що, у свою чергу, може спричинити пожежу чи ураження людей струмом.
Компенсація ємностної 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, але і від ємності мережі щодо землі. Контроль і профілактика пошкоджень ізоляції дозволяють 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. 1.
Ємнісна й індуктивна складові знаходяться в протифазі і при настроюванні в резонанс взаємно знищують одна одну.
Компенсаційні котушки іноді називають дугогасними, тому що, зменшуючи струм замикання на землю, вони сприяють гасінню дуги між струмопровідними і заземленими частинами і тим самим ліквідації пошкодження, тобто сприяють замиканню на землю. Цей захисний захід застосовується як доповнення до захисного відключення або заземленню.
 |
а – принципова схема; б, в – векторні діаграми струму замикання на землю до і після компенсації
Рисунок 1– Компенсація ємнісної складової струму замикання на землю
.
Занулення.
Згідно до ГОСТ 12.1.030-81*ССБТ «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.» ,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 її еквівалентом.
Принципова схема занулення трифазової електроустановки зображена на рис.2а.
 |
 |
а) – занулення; б) – захисне заземлення;
1 – корпус електроустановки; F – запобіжники; г 
− опір захисного заземлення корпусу, r 
− опір робочого заземлення нейтралі, гп – опір повторного заземлення нульового захисного провідника (для повітряних ліній), Ік – струм короткого замикання; Із – частина струму короткого замикання, що протікає крізь землю; Ін – частина струму короткого замикання, що протікає крізь нульовий захисний провідник.
Рисунок 2. – Принципові схеми занулення та захисного заземлення у трифазових мережах
Область застосування. Занулення застосовується в чотирипроводових мережах напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю.
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 захисту − плавкий запобіжник /5-7 с/ або автоматичний вимикач /1-2 с/).
Призначення нульового захисного провідника − створення для струму короткого замикання кола з малим опором, щоб цей струм був достатнім для швидкого спрацювання апарату захисту і відключення устаткування.
Призначення робочого заземлення нейтралі − зниження до безпечного значення напруги відносно землі нульового захисного проводу і усіх приєднаних до нього корпусів при випадковому замиканні фази на землю. В цьому випадку Uф розподілиться пропорційно опірам фази на землю (rзм, сотні Ом) и rо і напруга між зануленим обладнанням та землею різко знизиться: U=Uф rо/ rо+ rзм. При напрузі 380/220 В значення rо повинно не перевищувати 4 Ом.
Призначення повторного заземлення нульового захисного проводу − уменшення небезпеки поразки людини струмом, що виникає при обриві нульового захисного проводу і замиканні фази на корпус за місцем обриву. Корпус опиниться під напругою Uф, а ушкоджене обладнання автоматично не відключиться. Повторне заземлення зберігає коло струму через землю і напруга занулених корпусів частково знизиться до U=Uф rп/ rп+ rо. Сумарний опір усіх повторних заземлень повинен бути не більше 10 Ом. При напрузі 380/220 В.
Вимірювання опору петлі “фаза – нуль”, яку проходить струм короткого замикання до моменту відключення ушкодженої установки, необхідно проводити при здавально-приймальних випробуваннях періодично (один раз у п’ять років), а також при капітальних ремонтах і реконструкціях мережі. Ці вимірювання слід виконувати на найбільш потужних і найдалі розташованих від джерела струму електроприймачах, але не менш ніж на 10 % їх загальної кількості.
Захисне заземлення.
Захисним заземленнямназивається навмисне електричне з’єднання з землею металевих неструмопровідних частин, що можуть виявитися під напругою (рис. 2б). Металеві корпуси електроустаткування можуть виявитися під напругою при замиканні на них струмопровідних частин. Якщо ж корпус заземлено, 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.
Головне призначення захисного заземлення – усунення небезпеки поразки людини електричним струмом при появі напруги на металевих неструмопровідних частинах електрообладнання, тобто при замиканні на корпус.
Принцип дії захисного заземлення − знизити до безпечних значень напруг дотику та кроку, які обумовлені замиканням фази на корпус. Це досягається зниженням потенціалу на корпусі заземленого електроустаткування, а також вирівнюванням потенціалів за рахунок підйому потенціалу підстави, на якій стоїть людина, до значень потенціалу заземленого обладнання.
Якщо корпус при цьому не має контакту з землею, дотик до нього є так само небезпечним, як і дотик до фази і він виявиться під напругою U3 = I3 r3, а людина, що торкається до цього корпусу, потрапляє під напругу дотику Uдот = U3.Струм крізь людину при цьому визначиться з виразу 
. Видно, що чим нижче rз, тим менший струм проходять крізь людину, що стоїть на землі та торкається корпусу обладнання. Таким чином, безпека забезпечується шляхом заземлень корпусу заземлювачем, який має малий опір заземлення r3.
Області застосування захисного заземлення. Захисне заземлення використовується в мережах з ізольованою нейтраллю напругою до 1000В, а також у мережах напругою понад 1000 В незалежно від режиму нейтралі. В останньому випадку замикання на землю є коротким замиканням, при цьому спрацьовує реле максимального струмового захисту. У мережі з заземленою нейтраллю напругою до 1000 В заземлення неефективне.
Захисному заземленню чи зануленню підлягає обладнання (згідно ПУЕ) :
· яке живиться від напруги більше 380 В;
· яке розташоване у приміщеннях з підвищеною й особливою небезпекою, а також зовнішні установки при номінальній напрузі електроустановки вище 42 В змінного струму і понад 110 В постійного струму;
· у вибухонебезпечних приміщеннях незалежно від значення напруги.
Заземлювальним пристроєм називається сукупність заземлювачів – провідників (електродів), з’єднаних між собою, якщо вони знаходяться в безпосередньому контакті з землею, та заземлюючих провідників, які з’єднують заземлюючі частини електроустановки із заземлювачем. Заземлювальний пристрій складається з заземлювача і сполучної смуги. Розрізняють заземлювачі штучні, призначені винятково для цілей заземлення, і природні (металеві конструкції і комунікації іншого призначення, що знаходяться в землі: арматуру залізобетонних конструкцій будинків і споруд, прокладені в землі водопровідні труби і свинцеві оболонки кабелів; обсадні труби артезіанських колодязів та інше). При цьому забороняється використовувати як природні заземлювачі трубопроводи з пожежо та вибухонебезпечними рідинами і газами, алюмінієві оболонки кабелів та алюмінієві провідники.
Залежно від місця розміщення заземлювача розрізняють два типи заземлювальних пристроїв: виносні та контурні. Перевагою виносного заземлювального пристроює можливість вибору місця розміщення електродів заземлювача з найменшим опором ґрунту (сирий, глинистий, у низинах та ін.). Тут заземлені корпуси знаходяться 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 знаходиться 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 знаходяться усередині контуру, знижена. Струм крізь людину, що торкається корпуса, також є меншим, ніж при виносному заземленні.
ПУЕ нормують опори заземлення залежно від напруги електроустановки. Наприклад, в електроустановках напругою до 1000 В опір заземлення має бути не вище 4 Ом або 10 Ом, якщо потужність джерела струму не перевищує 100 кВ∙А. 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 у 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: число, розміри і розміщення одиночних вертикальних заземлювачів і довжини смуги, що їх об’єднує, при яких опір розтіканню струму контурного заземлювача не перевищує допустимих значень, що рекомендуються ПУЄ.
Якщо захисне заземлення – заземлення установки з метою забезпечення електробезпеки, то функціональне (робоче) заземлення – заземлення установки з метою, що не пов’язана з електробезпекою (наприклад, для забезпечення електромагнітної сумісності).