Технические средства, обеспечивающие безопасность работ в электроустановках

Изоляция токоведущих частей (защитное изолирование) – защита от прикоснове-ния к токоведущим частям с помощью их покрытия электроизоляционным материалом. Различают рабочую, дополнительную, двойную и усиленную изоляцию:

рабочая изоляция – электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током;

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

двойная изоляция – электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции;

усиленная изоляция – улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же сте-пень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

Малое напряжение – защита применением номинального напряжения не более

U ≤ 42 В для переменного и U ≤ 110 В для постоянного токов. Для переменного тока стан-дартные значения составляют U=12, 24, 36 и 42 В. Используется в основном для питания ручного электрифицированного инструмента, переносных светильников, местного осве-щения на станках, установленных в помещениях с повышенной опасностью и особо опас-ных. Для получения малого напряжения применяются понижающие трансформаторы, гальванические элементы и аккумуляторы.

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматичес-кое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

Принцип действия. Опасность поражения может возникнуть при замыкании токоведу-щих частей на корпус, снижении уровня изоляции, прикосновения человека к токоведу-щим частям. Во всех случаях происходит изменение электрических параметров системы. Изменение любого параметра до определенной величины, при которой может возникнуть опасность поражения, служит импульсом для срабатывания системы автоматического от-ключения.

Система автоматического отключения состоит из трех основных частей: датчика, уст-ройства защитного отключения и автоматического выключателя. Датчик воспринимает изменение того или иного параметра электрической цепи (как правило – это реле различ-ного типа). Устройство защитного отключения состоит из усилителя сигнала от датчика, сети контроля, служащей для проверки исправности системы защитного отключения и, сигнальных и измерительных приборов. Автоматический выключатель отключает элек-трическое оборудование или цепь при поступлении сигнала от устройства защитного от-ключения при коротких замыканиях или других изменениях в цепи.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напря-жением.

Назначение – устранение опасности поражения электрическим током в случае прикос-новения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции.

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления, которое представляет собой преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, напри-мер, нейтральных точек обмоток генераторов тока. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановок в нормальных и аварийных режимах работы.

Принцип действия – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и напряжения шага, возникающих при замыкании фазы на корпус электрооборудования.

При замыкании токоведущих частей на корпус потребителя (электроустановки) пос-ледний окажется под напряжением (Рис. 6).

Если корпус изолирован от земли, то прикосновение к нему будет также опасно, как и к фазе. При заземлении корпуса он окажется под напряжением

U_З = I_З R_З, (16)

где I_З – ток протекающий через заземлитель, А;

R_З – сопротивление заземлителя, Ом.

Прикасающийся к корпусу человек попадает под напряжение

U_ПР = α₁ α₂ U_З, (17)

где α₁ –коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму кривой распека-

ния по поверхности земли;

α₂ = R_Ч / [R_Ч + (1,5÷2) ρ] – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий

падение напряжения в сопротивлении растеканию тока основания (грунта), на

котором стоит человек;

R_Ч – сопротивление тела человека, Ом;

ρ – удельное сопротивление грунта, Ом∙м,

а ток, протекающий через человека будет

I_ч = α₁ α₂ I_З R_З / R_ч = α₁ I_З R_З / R₀, (18)

где R₀ – общее сопротивление тела человека, Ом.

Из выражения (18) видно, что ток через человека можно уменьшить путем уменьше-ния сопротивления заземления R_З и коэффициента напряжения прикосновения α₁ или уве-личением общего сопротивления тела человека R₀. Практически легче всего уменьшить R_З, обеспечив хорошую связь корпуса защищаемой электроустановки с землей. Эта связь осуществляется при помощи заземляющего устройства, состоящего из одного или группы заземлителей, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей (подземная часть) и заземляющего проводника (проводников), соединяющего заземляемую часть электроустановки с заземлителем (заземлителями). Заземляющее устройство и проводник (проводники) должны иметь сопротивление много меньше общего сопротивления тела человека. Для сетей напряжением U≤1000 В электрическое сопротивление заземляющего устройства и проводника в 4 Ом обеспечит безопасность при повреждении изоляции.

Рис. 6. Принципиальная схема защитного заземления (а); эквивалентная (б)

Область применение заземления. Заземлению подлежат все металлические нетокове-дущие части оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате пов-реждения изоляции. В помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных зазем-лению подлежат электроустановки напряжением U = 42÷380 В переменного тока и U = 110÷440 В – постоянного тока. Во всех случаях заземлению подлежат электроустанов-ки напряжением U ≥ 380 В переменного тока и U ≥ 440 В – постоянного тока.

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

Предназначено для защиты человека электрическим соединением при помощи нулево-го защитного проводника заземленной точки источника питания электроэнергией с метал-лическими нетоковедущими частями электроустановок, которые могут оказаться под на-пряжением в результате повреждения изоляции (Рис. 7).

Принцип действия – превращение пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание в цепи, обладающей малым электрическим сопротивлением (корпус – нулевой провод – фазная обмотка трансформатора – корпус), в результате чего происходит срабатывание за-щиты. Защита представляет собой легко плавкие вставки или автоматическое отключаю-щее устройство, реагирующее на большой ток короткого замыкания.

Область применение зануления. Зануление применяется в трехфазных четырехпровод-ных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением U<1000 В.

Рис. 7. Схема зануления электрооборудования: а) схема и диаграмма напряжений нулевого провода относительно земли без повторного заземлителя; б) то же, с повторным заземлителем

Выравнивание потенциалов – защита снижением напряжений прикосновения и шага между точками цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

Потенциалы выравнивают, как правило, путем устройства контурных заземлителей, т. е. заземлителей расположенных по контуру, так и внутри защищаемой зоны. Как правило, такой групповой заземлитель состоит из нескольких параллельно включенных одиночных заземлителей.

Принцип действия – при появлении напряжения на корпусе электроустановок, кото-рый соединен с контурным заземлителем, участки земли внутри контура приобретают вы-сокий потенциал, близкий к потенциалу заземлителей. Тем самым значительно снижается разность потенциалов между корпусом и поверхности, на которой находится человек, т. е. уменьшается напряжение прикосновения и шага (Рис. 8).

Рис. 8. Схема выравнивания потенциалов

Выравнивание потенциалов достигается только внутри контура. За его пределами на-блюдается резкий спад потенциалов. Внутри контура при расстоянии менее 40 м между заземлителями поля растекания тока накладываются одно на другое и потенциальные кри-вые пересекаются, что повышает электробезопасность. На практике расстояние между за-землителями принимают равным 2÷3 длинам заземлителей.

Электрическое разделение сетей – разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформа-тора.

Назначение – защита от поражения электрическим током при прикосновении к метал-лическим нетоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции и используется в электроустановках напряжением U<1000 В эксп-луатируемых в условиях особой или повышенной опасности, например, передвижные электроустановки или ручной электрифицированный инструмент. Разделяющий транс-форматор – специальный трансформатор, предназначенный для отделения приемника энергии от первичной электрической сети и сети заземления. Трансформатор имеет коэф-фициент трансформации 1:1 и делит двухфазную электрическую сеть на отдельные элек-трически не связанные между собой короткие участки длиной 2÷6 м (Рис. 9).

Рис. 9. Схема электрического разделения сетей

Принцип действия – короткие участки цепи за разделительным трансформатором об-ладают общим высоким уровнем изоляции проводов, т. к. емкость конденсатора (провод – земля) мала (С→0), а емкостное сопротивление электрических проводов относительно земли велико: R_С→∞ Ом, т. к. R_С = 1 / (2 π f C), где f – частота тока. При пробое изоляции и прикосновении человека к металлическим частям, через него пройдет ток, определяе-мый напряжением сети, деленным на сопротивление R_С→∞ Ом, т. е. ток через человека будет мал и не вызовет практически никаких ощущений.

Электрозащитные средства – переносимые и перевозимые изделия, служащие для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. По назначению электроза-щитные средства подразделяются на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

Изолирующие средства служат для защиты человека от токоведущих частей при кон-такте с «землей» или от заземленных частей при контакте с токоведущими частями. Раз-личают основные и дополнительные изолирующие защитные средства.

Основные средства – средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее на-пряжение и при помощи которых допускается касание токоведущих частей, находящихся под напряжением. Дополнительные – средства, которые сами при данном напряжении не обеспечивают безопасность от поражения током, но являются дополнительной мерой за-щиты, применяемой вместе с основными средствами.

В электроустановках напряжением U≥1000 В основными изолирующими средствами являются: изолирующие и измерительные штанги, токоизмерительные клещи и указатели напряжения, изолирующие съемные вышки и лестницы. В электроустановках напряже-нием U<1000 В, помимо указанных, являются диэлектрические перчатки и инструменты с изолированными рукоятками. Дополнительными средствами защиты в электроустановках напряжением U≥1000 В являются: диэлектрические перчатки, боты, коврики, изолирую-щие подставки на фарфоровых изоляторах. В электроустановках напряжением U<1000 В, помимо указанных, являются диэлектрические галоши, коврики и изолирующие подстав-ки.

Ограждающие средства служат для ограждения токоведущих частей, находящихся под напряжением. К таким средствам относятся переносные ограждения, временные пе-реносные заземления и закорачивающие провода.

Вспомогательные средства служат для защиты от случайного падения с высоты, а также от световых, тепловых, механических и химических воздействий электрического тока. Вспомогательными средствами являются: предохранительные пояса, предназначен-ные для обеспечения безопасности работ на воздушных линиях электропередачи, электри-ческих и атомных станциях, контактных сетях других энергетических и высотных соору-жений, страхующие канаты, когти, а также средства индивидуальной защиты органов зре-ния, дыхания, рук, тела, головы.