Мероприятия по защите от поражения электрическим током

Большое влияние на исход поражения оказывает продолжительность воздействия тока. В этой связи схема сети играет весьма важную роль в обеспечении безопасности. В главе 1 скрупулёзно выполнен анализ режимов нейтралей сетей. Поскольку в сетях с изолированной нейтралью дело имеют с малыми токами при замыкании фазы на землю, то очень сложно организовать отключение повреждённых участков в них. Сети с изолированной нейтралью, с позиций электробезопасности, опаснее, чем сети с глухим заземлением нейтрали. Поэтому более подробно остановимся на этом аспекте. Векторные диаграммы напряжений в сетях с изолированной нейтралью показаны на (рис. 11.7).

а)	б)	в)

Рис. 11.7. Векторные диаграммы напряжений в сетях с изолированной нейтралью:

а – при равном состоянии изоляции всех фаз; б – при пониженной изоляции фазы А; с – при замыкании на землю фазы А.

Нейтраль (а при наличии изолированного от земли нейтрального провода также и этот провод) в зависимости от состояния изоляции отдельных фаз сети может иметь напряжение по отношению к земле – от фазного до 0.

Через место повреждения изоляции будет протекать ток, равный геометрической сумме активных токов утечки и ёмкостных токов двух других фаз.

Повреждение изоляции, при котором происходит электрическое соединение находящихся под напряжением частей установки с заземленными конструктивными частями или непосредственно с землей, называется однофазным замыканием на землю, а возникающий при этом ток через место замыкания – током однофазного замыкания на землю.

Напряжение, воздействию которого непосредственно подвергается тело человека в сети с изолированной нейтралью, представляет собой часть междуфазного напряжения, действующего в цепи замыкания, при прикосновении человека к проводнику, находящемуся под напряжением, которое зависит от соотношения величин сопротивления цепи.

Если нейтраль сети заземлена, то напряжения отдельных фаз по отношению к земле практически постоянны и равны фазному. В этом случае напряжение, воздействию которого подвергается тело человека, представляет лишь часть фазного напряжения.

Поражения, вызванные прикосновением к конструкциям или корпусам, оказавшимся под напряжением вследствие нарушения изоляции, предотвращается путем устройства защитных заземлений.

Заземление, устраиваемое при помощи заземляющих проводников и «заземлителей» с целью обеспечения безопасности, представляет собой преднамеренное соединение с землей металлических частей электроустановки, нормально не находяшихся под напряжением.

Системы заземления, согласно требованиям главы 1.7 ПУЭ, обозначают двумя прописными латинскими буквами. Первая буква характеризует состояние нейтрали источника питания относительно земли: T – заземлённая нейтраль, I – изолированная нейтраль. Вторая буква в обозначении системы заземления характеризует состояние открытых проводящих частей относительно земли: T – заземлены, независимо от отношения к земле источника питания, N – присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания. Последнее имеет место в сетях до 1 кВ для частного случая заземления – зануления.

Назначение защитного заземления заключается в создании между металлическими конструкциями или корпусом защищаемого устройства и землей электрического соединения достаточно малого сопротивления. Оно применяется во всех сетях с изолированной нейтралью, а также в сетях выше 1000 В с заземленной нейтралью. В первом случае система заземления – IT, во втором – TT.

В установках 220 и 380 В с заземленной нейтралью трансформаторов и генераторов применяется система заземления TN, при которой заземляющие проводники соединены с нейтралью, – зануление, основным назначением которого является обеспечение отключения участка сети, на котором произошло замыкание. В свою очередь, в системе обозначения зануления после основных двух букв через дефис могут быть после N буквы, характеризующие совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

- S – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники разделены (система TN - S);

- C – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника совмещены в одном проводнике (PEN – проводник), система TN - C.

Не допускается в системе TN - C применять УЗО, реагирующие на дифференциальный ток.

Правила допускают применение системы TN - C - S, когда рабочий нулевой провод и защитный нулевой провод совмещены в одном проводнике только в части системы у источника питания, а затем они разделены. Запрещается после разделения проводов их функции снова объединять в одном проводе со стороны нагрузки.

Применяются в отдельных случаях меры защиты, основанные на других принципах:

1. Защитное отключение;

2. Изоляция от земли конструкций, на которых работают люди;

3. Применение малых напряжений;

4. Выполнение корпусов переносного электрооборудования из изоляционных материалов.

Всегда важнейшим мероприятием является поддержание изоляции на должном уровне, путем периодического контроля и испытаний.

11.2.3. Токи замыкания на землю в сетях различных систем

Различают два вида «однофазных замыканий на землю»:

а) на заземленные части установки – «замыкание на корпус»,

б) непосредственно на землю или на незаземленные части.

Это имеет существенное значение для токов замыкания, так как в последнем случае будем иметь значительное переходное сопротивление.

Электроустановки напряжением выше 1000 В условно делят на:

1. Установки с большими токами на землю (500 А и выше) – нейтрали заземлены наглухо или через малые сопротивления,

2. С малыми токами замыкания на землю – все установки выше 1000 В с изолированной нейтралью.

В сетях выше 1000 В преобладает ёмкостная проводимость, обеспечивающая в нормальном режиме ток через неё, A,

I_С = U_ф · w · С · 10^-6.

При однофазном замыкании ток, А,

I₃ = 3 · I_С = 3 · U_ф · w · С · 10^-6.

В трехфазных сетях выше 1000 В с изолированной нейтралью емкостный ток однофазного замыкания на землю равен тройному емкостному току на землю «здоровой» фазы при нормальном режиме.

При расчете заземлений, если нет замеров ёмкостного тока здоровой фазы в нормальном режиме, ток замыкания I₃, А, определяется по приближённым эмпирическим формулам:

1. Для ВЛ – I₃ = U · L / 350;

2. Для КЛ – I₃ = U · L / 10

где L – длина линии (км),

U – напряжение (кВ).

Как следует из последних двух формул, КЛ имеют большую емкость, чем ВЛ. В целях более точного определения токов замыкания одной фазы на землю необходимо знать погонные значения ёмкостной проводимости ЛЭП и их протяжённость.

В разветвленных кабельных сетях высокого напряжения при отсутствии компенсации емкостные токи могут достигнуть десятков и сотен А. Поэтому необходимо как можно точнее определять их величину.

В сетях до 1000 В преобладают активные проводимости путей утечки, величина которых зависит от протяженности и изоляции сети. В установках с нормальной средой эти токи невелики, но в условиях высокой влажности, при наличии химических воздействий они могут достичь нескольких десятков А.

В мощных системах высокого напряжения 110 … 220 кВ, работающих с глухозаземленной нейтралью, токи I₃ имеют значительную величину при замыкании и на корпус, и на землю.

В сетях низшего напряжения с заземленной нейтралью трансформаторов, при замыкании фазы на заземленные части, токи однофазного замыкания на землю зависят от мощности трансформаторов и сопротивлений, образуемых обмотками трансформаторов с цепью замыкания.

При мощностях трансформаторов 1000 … 1800 кВА ток I₃ в непосредственной близости от трансформаторов составляет 3 … 4 кА. При замыкании непосредственно на землю и на незаземленные части ток, ограниченный значительным сопротивлением, может иметь весьма малую величину относительно I₃, что, однако, определяет сложность и стоимость защитного заземления.