3.2.1. Система технічних засобів і заходів електробезпеки

Захисні заходи, що використовуються в електроустановках поділяються на такі, що використовуються в нормальних і в аварійних режимах роботи електроустановок.

Засоби і заходи електробезпеки в нормальних режимах роботи електроустановок

Ізоляція струмоведучих частин електроустановок – це основний захід захисту. Ізоляція буває робоча, подвійна, підсилена.

Робоча ізоляція електроустановок – це електрична ізоляція струмоведучих частин електроустановки, що забезпечує її нормальну роботу і захист від ураження електричним струмом (ГОСТ 12. 1. 009-76).

В процесі експлуатації ізоляція піддається різним ушкодженням (механічним, хімічним, тепловим), а також старінню, в результаті чого погіршуються її властивості – зменшується активний опір. Тому необхідний контроль ізоляції, який проводиться вимірюванням активного опору ізоляції мегаометром. Вимірювання опору ізоляції окремих ділянок мережі, трансформаторів, електродвигунів тощо проводиться на вимкненій установці.

Опір кожної ділянки в мережах напругою до 1000 В повинен бути не менше 0,5 МОм на фазу.

Подвійна ізоляція – це електрична ізоляція, що складається із робочої і додаткової ізоляції. При пошкодженні робочої ізоляції працює додаткова. Це досягається виготовленням корпусів електрообладнання із ізоляційного матеріалу. З подвійною ізоляцією виготовляється апаратура електроустановок  (вимикачі, штепселі, розетки, патрони ламп розжарювання тощо).

Підсилена ізоляція – поліпшена робоча, що забезпечує ступінь захисту такий же, як подвійна ізоляція.

Недоступність струмоведучих частин для випадкового дотику забезпечується розміщенням струмоведучих частин на недосяжній висоті і огородженням. В електроустановках до 1000В розміщення струмоведучих части на недоступній висоті: всередині приміщення – 3,5м; назовні – 6м.

В електроустановках застосовують як суцільні, так і сітчасті огородження у вигляді кожухів, кришок, чохлів, шаф тощо.

Блокування попереджує помилкові дії електроперсоналу і перекриває доступ до струмопровідних частин, що знаходяться під напругою. При небезпеці ураження струмом електроустановка автоматично вимикається.

За принципом дії блокування поділяється на електричне, механічне та комбіноване.

Електроблокування здійснює розрив електричного кола спеціальними контактами, які встановлюються на дверцятах огороджень, кришках, дверцятах кожухів.

Блок-контакти при відкриванні дверей огороджень, шаф, кожухів знеструмлюють електропристрій.

При механічному блокуванні включення напруги можливо тільки при закритому замку або заскочки, які механічно пов’язані з вимикачем.

Застосування малої напруги. Малою напругою вважаються напруга не вище 42 В змінного і 110 В постійного струму. Напруга 42 В застосовується в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і зовні приміщень для живлення ручного інструменту, переносних ламп, верстатних ламп. Напруга 12 В застосовується для живлення переносних ламп в особливо небезпечних приміщеннях при несприятливих умовах (при роботі в металевій ємності, кабельному колодязі тощо).

Джерелом малої напруги є знижувальні трансформатори, акумулятори, батареї гальванічних елементів.

Електричний розподіл мереж спрямований на підвищення захисної дії ізоляції струмопровідних частин, що досягається або зменшенням ємності мереж, або переходом від мереж з заземленою нейтраллю до мереж з ізольованою нейтраллю.

Електричний розподіл мереж здійснюється за допомогою розподільчих трансформаторів, які дозволяють єдину розгалужену мережу з великою ємністю і малим опором ізоляції перетворити в ряд невеликих мереж з малою ємністю і високим опором ізоляції.

Орієнтація в електроустановках – це маркування, попереджувальні сигнали, таблиці, розпізнавальні кольори провідників, шин.

Кольори фаз, шин змінного струму:

За постійного струму “плюсова” шина – червона, “мінусова” шина – синя.

Система засобів і заходів електробезпеки, що використовуються в аварійних режимах роботи електроустановок

Оцінка безпеки у випадку застосування заземлення виконується шляхом порівняння величин струму, що протікає через людину в разі дотику до корпусу ушкодженого обладнання за відсутності заземлення і наявності заземленого корпусу.

Рисунок 3.7 – Електрична схема захисного заземлення

Можливий варіант доторкання людини до корпусу електроустановки, яка опинилася під напругою в результаті пошкодження ізоляції фази показано на рисунку 3.5 б. У разі пошкодження в установці ізоляції фазного проводу 1 корпус установки може опинитися під напругою. Якщо людина доторкнеться у цьому випадку до корпуса електроустановки, то це буде майже рівноцінно доторканню до неізольованого проводу. В результаті цього виникне мережа струму аналогічна наведеній на рисунку 3.5 а, а величина струму, що проходить через людину, визначиться виразом (3.14).

Якщо ж неструмоведучі частини попередньо заземлити, то паралельно можливому включенню людини буде провідник “корпус-земля” i струм замикання на землю буде розподілятися між цим провідником i тілом людини обернено пропорційно їх опорам. При малому значеннi опору заземлення, останнє, забезпечує захист людини на випадок пошкодження ізоляції i переходу напруги на неструмоведучі частини електроустановки.

За наявності заземлення величина струму, що проходить через людину, визначається як

Таким чином, за наявності заземлення корпусу фактична величина струму, що проходить через людину, практично на 2 порядки менше ніж за відсутності заземлення (3.14) – третя складова в знаменнику виразу (3.16) знаходиться в межах 107...108 Ом.

Для з'ясування ролі захисного заземлення в трифазній мережі, ізольованій від землі доцільно порівняти вирази (3.16) i (3.12). Знаменники цих виразів досить подібні, тому захисне заземлення можна розглядати як заздалегідь виконане замикання фазного проводу, до якого може доторкнутися людина, на землю, яке реалізується при переході напруги на неструмоведучі елементи заземленої електроустановки.

При функціонуванні заземлення має місце розтікання струму в землі а, відтак, на її поверхні в радіусі близько 20 м від заземлювача виникає зона підвищених потенціалів відповідно до рисунку 3.3, розподіл потенціалів в якій характеризується пунктирною кривою на рисунку 3.5 б.

Якщо заземлювач знаходиться від електроустановки на відстані менше 20 м (рисунок 3.5 б), то напруга дотику, під яку попадає людина, буде визначатись різницею потенціалів корпусу електроустановки i поверхні землі, де стоїть людина. Таким чином, правильно виконане захисне заземлення не тільки шунтує людину, a i зменшує напругу дотику, як показано на рисунку 3.5 б. Чим ближче буде заземлювач до місця знаходження людини при її дотику до корпуса обладнання, що опинився під напругою, тим меншою буде Uдот. При знаходження заземлювача від електроустановки на відстані, більше 20 м, захисне заземлення буде зменшувати тільки струм, що проходить через людину.

При помилковому застосуванні захисного заземлення в мережах із напругою до 1000 В із заземленою нейтраллю у випадку пробою фази на корпус останній опиниться під напругою, близькою до фазної, а це є небезпечним. Струм при цьому буде протікати таким шляхом: опір захисного заземлення (rз) → опір заземлення нейтралі (r0)→ нейтральна точка мережі → обмотка трансформатора підстанції → фазний провід → корпус електроустановки. Так як опори увімкнені послідовно, фазна напруга (229 В) поділиться пропорційно їх величинам; якщо rз і r0 виявляться однаковими, то напруга на корпусі складе 110 В. Тому, в мережах із заземленою нейтраллю заземляти корпуси обладнання не можна.

Захисне заземлення виконується:

– в електроустановках напругою 380 В та вище змінного та 440 В і вище постійного струму в усіх випадках;

– в приміщеннях із підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і зовнішніх електроустановок за номінальної напруги вище 42 В змінного та 110 В постійного струму;

– при змінному і постійному струмі в вибухонебезпечних приміщеннях.

Захисне заземлення є ефективним засобом в електроустановках напругою до 1000 В, що живляться від мережі з ізольованою нейтраллю трансформатора, і в електроустановках напругою вище 1000 В за будь-якого режиму роботи нейтралі трансформатора.

Захисна дія заземлення корпусів електрообладнання, що живляться від мережі з ізольованою нейтраллю трансформатора, забезпечується шляхом зниження напруги “корпус обладнання – земля” (та напруги дотику відповідно) за рахунок невеликого опору заземлювального пристрою. Допустимі опори заземлювальних пристроїв наведені у таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 – Допустимі опори заземлюючих пристроїв (ПУЕ)

Конструктивно захисне заземлення включає заземлюючий пристрій і провідник, що з’єднує заземлюючий пристрій із обладнанням, яке заземлюється – заземлюючий провідник.

Для заземлюючих провідників використовуються неізольовані мідні провідники поперечним перерізом не менше 4 мм2 або сталеві струмоводи діаметром 5…10 мм. Заземлюючі провідники між собою і заземлювачами з’єднуються зварюванням, а з обладнанням, що заземлюється – зварюванням або за допомогою гвинтового з’єднання з застосуванням антикорозійних заходів. У виробничих приміщеннях заземлюючі провідники прокладаються відкрито, а обладнання приєднується до внутрішньої магістралі заземлення індивідуально шляхом паралельних з’єднань.

Заземлюючі пристрої можуть бути природними i штучними. Як природні заземлюючі пристрої використовуються прокладені в землі трубопроводи, оболонки кабелів, арматура будівельних конструкцій, що має контакт з землею тощо. Штучні заземлюючі пристрої – це спеціально закладені в землю металоконструкції, призначені для захисного заземлення. Штучними заземлювачами можуть бути металеві вертикально закладені в ґрунт електроди (стержні, труби, кутова сталь тощо), з’єднані між собою за допомогою зварювання з’єднувальною смугою, смугова i листова сталь i т. ін.

Закладені в ґрунт вертикальні електроди, з'єднані металевою смугою в загальну мережу, використовуються, переважно, для цехових заземлюючих пристроїв у випадку значної кількості електроустановок, що заземлюються, заземлюючих пристроїв відкритих трансформаторних підстанцій тощо. У цьому випадку заземлюючий пристрій виконується у вигляді контурного або виносного, рисунок 3.8.

Смугова сталь використовується, переважно, для спорудження групових заземлювачів для заземлення будівельних мобільних приміщень та інших групових пересувних електроустановок, а листова – як індивідуальні заземлюючі пристрої.

Від конструкції заземлювача залежить форма зони підвищених потенціалів на поверхні землі i розподіл потенціалів у цій зоні.

Контурна конструкція заземлювача забезпечує зменшення перепадiв потенціалу на поверхні землі (підлоги) всередині контуру i, як наслідок, зменшення можливої напруги кроку. I тільки за межами контуру характер кривої розподілу потенціалів подібний до кривої розподілу потенціалів для одиночного напівсферичного заземлювача.

У разі вибору типу заземлюючого пристрою (природний, штучний) i його конструкційних параметрів (розміри електродів, їх кількість, взаємне розміщення i т. iн.) необхідно дотримуватися вимог

Штучні заземлюючі пристрої не споруджуються за можливості використання природних заземлювачів, якщо виконується умова

На кожний діючий заземлюючий пристрій повинен бути паспорт, в якому наводиться його схема, дата про результати перевірок стану заземлюючого пристрою, проведені ремонтні роботи i конструкційні зміни.

Oпip захисного заземлення струму розтікання контролюється в терміни, встановлені чинними нормативами, з веденням відповідної документації: на вугледобувних шахтах кожні 6 місяців; заземлюючі пристрої підстанцій – раз на 3 роки.

Розрахунок захисного заземлення полягає у визначенні кількості і розмірів заземлювачів, складанні плану розміщення електродів.

Для розрахунку електродів застосовується метод коефіцієнта використання (екранування) електродів.

Занулення в електроустановках

Занулення (рисунок 3.9) використовують в трьохфазних чотирипровідних електричних мережах напругою до 1000 В із глухозаземленою нейтраллю трансформатора.

В трифазній чотирипровідній мережі з глухозаземленою нейтраллю у випадку дотику людини до корпусу електрообладнання, який знаходиться під напругою в результаті замикання на корпус (рисунок 3.6 б), виникає, практично, така сама мережа струму замикання на землю, як i у випадку, наведеному на рисунку 3.5 а, за величини струму, що проходить через людину, відповідно до (3.15).

За наявності занулення i замикання на корпус утворюється мережа струму: “фазний провід 1 – корпус обладнання – нульовий з’єднувальний провідник – нульовий провід паралельно з землею, який через кожні 200 м повторно заземлюється для забезпечення цілісності мережі струму, – фаза 1”. У цій мережі замикання на корпус електрообладнання перетворюється в однофазне коротке замикання між фазою і нульовим проводами.

Нульовий провід забезпечує необхідну для вимкнення електроустановки величину струму короткого замикання шляхом створення для цього струму ланцюга із малим опором.

Струм великої сили, який виникає при короткому замиканні, забезпечує швидке вимкнення мережі від мережі пошкодженого обладнання за рахунок перегорання запобіжників (зпп – запобіжники плавкі на рисунку 3.6) або спрацювання автоматичного вимикача, що й потрібно з огляду на електробезпеку.

Схема занулення (рисунок 3.9) містить такі елементи: нульовий провід живлячої мережі, заземлення нейтралі джерела живлення (робоче заземлення Rр) і повторне заземлення нульового проводу Rп. Нульовий провід в схемі занулення служить для перетворення замикання на корпус в однофазне коротке замикання, яке призводить до спрацювання пристрою максимального струмового захисту. Робоче і повторне заземлення дозволяє зменшити напругу корпус обладнання – земля при замиканнях, інакше корпус обладнання, що захищається потрапить під повну фазову напругу. Однак повторне заземлення нульового проводу зменшує, але не знімає небезпеки, що виникає при обриві нульового проводу.

Основним недоліком системи занулення є сповільнена дія вимикальних апаратів.

Рисунок 3.9 – Схема занулення електрообладнання

Переріз провідників занулення повинні вибиратися таким чином, щоб при замиканні на корпус виникав струм короткого замикання, що перевищує номінальний струм пристрою максимального струмового захисту:

Розрахунок занулення складається з трьох частин: розрахунку на вимикальну спроможність; визначення максимальної напруги корпусу обладнання відносно землі при замиканні на корпус; а також розрахунку заземлення нейтралі трансформатора і повторного заземлення нульового проводу.

Вимоги щодо застосування занулення залежно від величини напруги і категорії приміщень за небезпекою електротравм аналогічні вимогам до застосування захисного заземлення. За величиною напруги мережі живлення застосування занулення обмежується напругою 1000 В.

Згідно з чинними нормативами можливі два варіанти реалізації занулення:

– заземлена через певні відстані (100...200 м) нейтраль мережі виконує функції нульового робочого i нульового захисного провідника одночасно;

– для занулення обладнання прокладається окремий провідник, який виконує функції тільки нульового захисного.

Другий варіант є обов'язковим для житлових, адміністративно-побутових приміщень, приміщень масового перебування людей та їм подібних, що будуються.

В цьому випадку в приміщеннях з однофазною мережею внутрішня мережа виконується 3-х провідною – фазовий провід, робочий нульовий i захисний нульовий проводи, а розетки для підключення переносних електроустановок – 3-х контактні. При відповідному виконанні штепсельних вилок i шнура живлення (трипровідний) контакт мережі нульового захисного провідника замикається з упередженням відносно контактів фази i нульового робочого провідника. Таким чином, електроустановка занулюється до подачі на неї напруги.

В приміщеннях з 3-х фазними споживачами електроенергії внутрішня мережа виконується 5-ти провідною – 3 фази, нуль робочий i нуль захисний.

Незалежно від розглянутих вapiaнтів при застосуванні в приміщенні окремого нульового захисного провідника останній відгалужується від нейтралі мережі на щитку вводу в приміщення до роз’єднувальних контактів, а для забезпечення його цілісності i надійності захисту в мережі цього провідника не повинно бути будь-яких роз’єднувачів, запобіжників тощо.

Захисне вимкнення.

Призначення захисного вимкнення – вимкнення електроустановки у разі пошкодження ізоляції i переході напруги на неструмовідні її елементи. Застосовується в доповнення до захисного заземлення (занулення) для забезпечення надійного захисту, перш за все в умовах особливої небезпеки електротравм.

Ефективність захисного заземлення залежить від опору заземлюючого пристрою розтіканню струму замикання на землю. За наявності сухого чи скельного ґрунту oпip заземлюючого пристрою розтіканню струму за певних умов може перевищувати допустимі значення з відповідною втратою захисних функцій. Тому в подібних випадках доцільно застосовувати захисне вимкнення.

Згідно з чинними нормативами захисне вимкнення є обов'язковим в гірничодобувній промисловості i на торфорозробках.

Ефективність занулення залежить від опору мережі короткого замикання при переході напруги на неструмовідні частини. При значній протяжності мережі живлення її oпip струму короткого замикання (КЗ) збільшується, а абсолютне значення струму короткого замикання може бути недостатнім для спрацювання захисту від КЗ.

Захисне заземлення і занулення мають істотні недоліки:

– вони не захищають від дотику до фази;

– при пробиванні фази на один корпус всі корпуси, приєднані до системи заземлення, опиняються під напругою;

– виникають серйозні труднощі при здійсненні захисного заземлення і занулення в високоомних ґрунтах і пересувному обладнанні.

Цих недоліків позбавлений інший спосіб захисту – захисне вимкнення.

Така небезпека виникає:

– при переході напруги на корпус електроустановки;

– при переході вищої напруги в бік нижчої;

– при випадкових дотиках;

– при небезпечному наближенні електромонтера до струмопровідних частин.

Основними частинами пристроїв захисного вимкнення є прилад захисного вимкнення і автоматичний вимикач. Прилад складається з елементів, які реагують на зміни певного параметра електричного кола, а саме:

– датчик, що сприймає зміну параметра і перетворює його в сигнал;

– підсилювач сигналу датчика;

– коло контролю справності датчика;

– допоміжні елементи.

При спрацюванні приладу виконавчий механізм автоматично вимикає силове коло живлення електрообладнання. В мережах до 1000 В в якості автоматичного вимикача застосовують:

– контактори з електромагнітним управлінням у вигляді котушки, що тримає контакти ввімкненими;

– магнітні пускачі – трифазні контактори змінного струму;

– автоматичні повітряні і масляні вимикачі.

Вимкнення пошкодженої установки відбувається протягом 0,2…0,25 секунди. Пристрої захисного вимкнення застосовуються в підземному електрообладнанні, в пересувних електроустановках, що працюють на високоомних ґрунтах, при використанні ручного електроінструменту.

Всього розрізняють 9 класів схем пристроїв захисного вимкнення в залежності від вхідної величини, на зміну якої реагують їх чутливі елементи. Найбільш прості схеми реагують на зміну напруги корпусу відносно землі і на зміну струму замикання на землю.