Меры защиты при эксплуатации электроустановок

Классификация помещений и видов работ по степени поражения электрическим током.

ЛЕКЦИЯ 8. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

С целью применения пониженных напряжений все помещения в отношении опасности поражения электрическим током делятся на три категории:

1 категория – без повышенной опасности – жилые помещения, комнаты управления, конструкторские бюро и др., т.е. сухие помещения с нормальной температурой и влажностью (до 60%) с изолирующими полами и с небольшим количеством заземленных предметов.

2 категория – с повышенной опасностью – это помещения с температурой более 35º и влажностью 60-75%, наличием токопроводящей пыли и токопроводящих полов (земляные, металлические, бетонные); возможностью одновременного прикосновения человека к корпусам электрооборудования и заземленным предметам.

Напряжение осветительных установок в таких помещениях должно быть не более 42 В.

3 категория – особо опасные – это сырые помещения с влажными стенами и полом (относительная влажность 100%); с химически активной средой, с парами и газами, которые способны разрушать электроизоляцию; помещения, в которых имеются два и более признаков, характерных для помещений с повышенной опасностью.

Напряжение электросети в этих помещениях не должно превышать 36 В.

По электробезопасности все работы делятся на 3 группы:

1 группа – работы, которые проводятся со снятием напряжения;

2 группа – без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них (ближе 6 м);

3 группа – работы вдали от токоведущих частей.

а).Применение малых напряжений.

Малое напряжение применяется для уменьшения опасности поражения электрическим током путем использования напряжения 12 В, 36 В, 42 В. Применяется при работах в особо неблагоприятных условиях (в колодцах, траншеях, подвалах, сырых помещениях, аккумуляторных, котельных и других помещениях с повышенной влажностью и токопроводящими полами.

б).Применение защитного заземления.

Защитное заземление обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения или пробоя изоляции.

Защитное заземление выполняется путем преднамеренного электрического соединения с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам.

Принцип защиты с помощью заземления состоит в том, чтобы уменьшить напряжение на корпусе электроприемника при замыкании на него тока. Когда заземление отсутствует, корпус, на который произошло замыкание, имеет фазное напряжение относительно земли. Прикосновение к нему также опасно, как и к токоведущей части. Присоединение корпуса к земле вызывает перераспределение напряжения.

Заземлитель – это совокупность соединенных проводников, которые находятся в контакте с землей или ее эквивалентом. Заземлители могут быть искусственными, предназначенными только лишь для заземления, и естественными – металлические предметы, находящиеся в земле. В качестве искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды – это стальные трубы диаметром 3-5 см, стальные уголки размером от 40x40 мм до 60х60 мм длиной 2,5-3 м. Используют также стальную арматуру диаметром 10-12 мм. Для соединения вертикальных электродов используют полосовую сталь сечением 4х12 мм и стальные пруты диаметром не менее 6 мм. Для установки вертикальных заземлителей вначале роют траншею глубиной 0,7-0,8 м, а потом с помощью механизмов забивают трубы или уголки.

В качестве естественных заземлителей можно использовать:

-проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих смесей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов укрытых изоляцией для защиты от коррозии;

-обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов;

-металлические конструкции и арматуру железобетонных элементов зданий и сооружений, соединенных с землей;

-свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

Пример расчета заземляющего устройства:

Рассчитать заземляющее устройство для заземления электродвигателя серии 4А напряжением U = 380 В в трехфазной сети с изолированной нейтралью при следующих исходных данных:

-грунт – суглинок с удельным электрическим сопротивлением ρ = 100 Ом · м;

-в качестве заземлителя приняты стальные трубы диаметром d = 0,08 м и длиной l = 2,5 м, располагаемые вертикально и соединенные на сварке стальной полосой 40х4 мм;

-мощность электродвигателя U = 15 кВт, n = 3000 мин^-¹;

-мощность трансформатора принята 170 кВ·А, требуемое по нормам допускаемое сопротивление заземляющего устройства [r_з] ≤ 4 Ом.

Решение.

1. Определяем сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_в, Ом, по формуле:

R_в = ρ_расч/2πl [ln(2l/d) + 0,5ln(4t + l)/(4t – l)],

где t – расстояние от середины заземлителя до поверхности грунта, м; l, d – длина и диаметр стержневого заземлителя, м.

Расчетное удельное сопротивление грунта ρ_расч = ρΨ, где Ψ – коэффициент сезонности, учитывающий повышение сопротивления грунта в течение года (по справочным данным для 1-й климатической зоны принимаем Ψ = 1,7). Тогда ρ_расч = ρΨ = 100 · 1,7 = 170 Ом·м.

Отсюда:

R_в = 170/2π·2,5[ln(2·2,5/0,08) + 0,5ln(4·2,05+2,5)/4·2,05-2,5)] = 48 Ом.

2.Определяем ориентировочное число одиночных вертикальных стержневых заземлителей по формуле:

n = R_в/[r_з]η_в,

где [r_з] – допустимое по нормам сопротивление заземляющего устройства, Ом; η_в – коэффициент использования вертикальных заземлителей (для ориентировочного расчета принимаем равным 1). Действительные значения коэффициентов использования η_в = 0,66 и η_г = 0,39 для вертикальных и горизонтальных заземлителей соответственно (Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. –1984).

Тогда ориентировочное число вертикальных заземлителей равно 12 шт., а необходимое 18 шт.

3.Определяем длину стальной полосы, соединяющей заземлители, м:

L = 1,05(n – 1)l.

Расстояние между смежными заземлителями, обычно, принимают равным (2-3)l.

4.Определяем сопротивление стальной полосы, соединяющей стержневые заземлители:

R_п = (ρ'_расч/2πL)ln(l²/dt),

где L – длина полосы, м; t – расстояние от полосы до поверхности земли, м; d = 0,5b (b – ширина полосы, равная 0,08 м). В этой формуле расчетное удельное сопротивление грунта при использовании соединительной полосы в виде горизонтального электрода длиной 50 м ρ'_расч = ρΨ^' = 100·5,9 = 590 Ом·м.

R_п = (590/2π·50)ln(50²/0,04·0,8) = 21 Ом.

5.Вычисляем общее расчетное сопротивление заземляющего устройства R с учетом соединительной стальной полосы, Ом:

R = R_в R_г / (R_вη_г +R_гη_в n) = 3,76 Ом.

Правильно рассчитанное заземляющее устройство должно отвечать условию R ≤ [r_з]. Расчет выполнен верно, так как 3,76 ≤ 4. Если условие не выполнено, то необходимо увеличить число вертикальных заземлителей.

в).Применение защитного зануления.

Опасность поражения током может быть устранена быстрым отключением поврежденной электроустановки от питающей сети и вместе с тем снижением напряжения корпуса относительно земли. Этой цели служит зануление.

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой источника тока или ее эквивалентом.

Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. между фазным и нулевым защитным проводником) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания; магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловым реле и др.

Область применения – трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с заземленной нейтралью. Обычно это сети 380/220 и 220/127 В, а также сети 660/380 В. Зануление применяется и в сетях постоянного тока, если средняя точка источника заземлена, а также в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом.

г).Защитное отключение.

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током. Такая опасность может возникнуть, в частности: при замыкании фазы на корпус, снижения сопротивления изоляции сети ниже определенного предела и, наконец, в случае прикосновения человека непосредственно к токоведущей части, находящейся под напряжением. Мерой защиты в этих случаях может быть лишь быстрый разрыв цепи тока через человека. Основными элементами устройства защитного отключения (УЗО) является прибор защитного отключения и автоматический выключатель.

д).Электрическая изоляция токоведущих частей.

Электрическая изоляция – это слой диалектрика или конструкция выполненная из диалектрика, которым покрывается поверхность токоведущих частей или которым токоведущие части отделяются одна от другой. Состояние изоляции характеризуется ее электрическим сопротивлением, диалектрическими потерями. Изоляция предотвращает протекание токов через нее благодаря большому сопротивлению.

Изоляция может быть:

Рабочей – электрическая изоляция частей электроустановок, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током.

Дополнительной – электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.

Двойной – электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции.

Усиленной – это улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

Наименьшая величина сопротивления изоляции силовых и электроосветительных электропроводок 0,5 Мом.

е). Блокировочные устройства – устройства, не допускающие ошибок персонала при работе на электроустановках.

Как правило блокировочные устройства допускают определенный порядок включения (отключения) механизма, исключая тем самым попадание человека в зону, где возможен доступ к токоведущим частям.

ж). Электрическое разделение сетей – осуществляется с помощью специальных трансформаторов, для увеличения емкостного сопротивления проводов.

з). Система электрозащитных средств.

Электрозащитные средства – это переносные средства, предназначенные для защиты людей, работающих с электроустановками от поражения электрическим током, от действия электрической дуги и электромагнитного поля.

По назначению электрозащитные средства условно можно подразделить на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

Изолирующие электрозащитные средства предназначены для изоляции людей от частей электрооборудования, которые находятся под напряжением, а также от земли. К ним относятся: изолирующие и измерительные штанги, штанги для наложения временных переносных заземлителей; изолирующие и электроизмерительные клещи; показатели напряжения; изолирующие ручки монтерского инструмента; диалектрические рукавицы, боты и калоши; резиновые коврики, дорожки, подставки; изолирующие колпаки и накладки; изолирующие лестницы.

Ограждающие электрозащитные средства предназначены для временного ограждения токоведущих частей оборудования. К ним относятся переносные ограждения (ширмы, барьеры, щиты, клетки), а также временные переносные заземлители. Условно к ним относят и переносные предупреждающие плакаты.

Вспомогательные защитные средства предназначены для защиты персонала от падения с высоты (предохранительные пояса и страховочные канаты), для безопасного подъема на высоту (лестницы, когти), а также для защиты от светового, теплового, механического и химического воздействия (защитные очки, противогазы, рукавицы, спецодежда).