Безопасность эксплуатации электроустановок

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковеду­щим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, используют следую­щие способы:

♦ защитное заземление;

♦ защитное зануление;

♦ защитное отключение;

♦ выравнивание потенциала;

♦ электрическое разделение сети;

♦ система защитных проводов;

♦ изоляция токоведущих частей;

♦ безопасные (малые) напряжения;

♦ контроль изоляции;

♦ компенсация токов замыкания на землю;

♦ средства индивидуальной защиты и др.

Кроме того, для обеспечения защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям используют защит­ные оболочки, защитные ограждения (временные или ста­ционарные), безопасное расположение токоведущих час­тей, изоляцию токоведущих частей (рабочая, дополни­тельная, усиленная, двойная), изоляцию рабочего места, предупредительную сигнализацию, блокировку, знаки безопасности.

Все вышеперечисленные способы и средства защиты могут использоваться как отдельно, так и в сочетании друг с другом.

Согласно ГОСТ 12.1.009 защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (при пробое на корпус либо по другим причинам). Оно применяется в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейт­ралью напряжением до 1000 В.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием одной из фаз на корпус электрооборудования и соответственно прохо­дящего через тело человека тока.

Согласно ПУЭ, для электроустановок напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали трансформатора (ге­нератора) сопротивление защитного заземления должно быть не более 4 Ом.

В случае пробоя одной из фаз электросети на корпус электродвигателя благодаря защитному заземлению нап­ряжение прикосновения, под которое может попасть чело­век, прикоснувшись к корпусу, значительно снижается.

На корпусе электрического двигателя появляется напря­жение, равное произведению тока замыкания на землю, I₃ и сопротивления заземлителя R₃:

Uк - I_3× R₃-

Ток однофазного замыкания на землю в сети напряже­нием до 1000 В обычно не превышает 10 А, Следователь­но, напряжение прикосновения на корпусе заземленного оборудования при замыкании составит

U_K=10×4 = 40B.

Поэтому ток I_ч, проходящий через тело человека, тем меньше, чем меньше сопротивление заземлителя:

I_Ч=40/1000=0,O4A.

Такой ток является безопасным для человека.

Защитное заземление выполняют путем преднамерен­ного соединения корпусов оборудования с землей. В каче­стве заземляющих проводников допускается использо­вать естественные заземлители - электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного или иного назначения (водопроводные трубы и любые дру­гие металлические трубопроводы, за исключением тру­бопроводов горючих газов, жидкостей, а также трубопро­водов, покрытых изоляцией, свинцовых оболочек кабе­лей) и т.п.

Принципиальная схема устройства защитного заземле­ния показана на рис. 3.8.

К искусственным заземлителям относятся специаль­ные электроды, закопанные в землю. Это могут быть стержни из угловой стали размером от 40x40 до 60x60 мм, стальные трубы диаметром 30-50 мм, полосовая сталь размером не менее 4x12 мм, стальные прутки диаметром ,10-12 мм, забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной по­лосой.

Заземлитель каждого вида имеет свое сопротивление растеканию, которое определяется как суммарное сопротивление грунта от заземлителя до любой точки земли с нулевым потенциалом.

В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановок с заземлителем, применяют медные, алюминиевые проводники или поло­совую сталь. Заземляющие проводники прокладывают открыто, с хорошим доступом для осмотра. Они должны иметь отличительную окраску - по зеленому фону желтые полосы шириной 15 мм на расстоянии одна от другой в 150 мм. При выполнении заземления не допускается последова­тельное присоединение оборудования к заземлителю.

Более распространенным является контурное заземле­ние, при котором одиночные заземлители размещены по контуру (периметру) производ­ственной площадки. В аварий­ных ситуациях при таком виде заземления напряжения при­косновения и шага характери­зуются небольшими значения­ми и, следовательно, достигает­ся максимальная безопасность.

Согласно ГОСТ 12.1.030 со­противление заземляющего уст­ройства нормируется и не должно превышать в любое вре­мя года нижеприведенных значений:

10 Ом - в стационарных сетях пожароопасных помеще­ний с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В;

4 Ом - в стационарных сетях взрывоопасных помеще­ний, помещений с повышенной опасностью и особо опас­ных с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В;

0,5 Ом - в установках напряжением выше 1000 В при большой расчетной силе тока замыкания на землю (I₃ > 500 А);

250/I₃, но не более 10 Ом - в установках напряжением выше 1000 В, если сила тока замыкания небольшая.

При удельном электрическом сопротивлении грунта, равном р_гр > 500 Омм, для вышеуказанных значений до­пускается вводить повышающие коэффициенты, завися­щие от сопротивления грунта. В частности, в электроуста­новках напряжением до 1000 В в сети с заземленной нейт­ралью при удельном электрическом сопротивлении грун­та выше 100 Ом×м допускается увеличение указанной нор­мы в р_гр/100 раз.

Защитное зануление представляет собой преднамерен­ное электрическое соединение с нулевым защитным про­водником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009), а нуле­вой защитный проводник - это проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом (рис. 3.9).

Этот метод защиты используют в четырехпроводных .трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью напря­жением до 1000 В, чаще в сетях 380 / 220 В и 220 / 127 В. Это связано с тем, что сила тока замыкания на землю в та­ких сетях велика и даже при нормативном значении со­противления заземления при пробое фазы на корпус оборудования через тело человека может проходить ток зна­чительной величины-

Принцип действия защитного зануления заключается в превращении случайного замыкания фазы на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем са­мым отключить поврежденную электроустановку от ис­точника питания.

Сила тока I_КЗ в этом случае определяется фазным нап­ряжением и полным сопротивлением цепи короткого за­мыкания

I_КЗ =U_ф/(R_т + R_ф + R_н),

где R_т - внутреннее сопротивление трансформатора, Ом; Rф и Rн - сопротивления фазного и нулевого проводников соответственно.

Если принять, что Кф = Rн = 0,1 Ом, так как в соответ­ствии с ЦУЭ проводимость нулевого провода должна быть не менее половины проводимости фазного провода (в ре­альных условиях эти величины значительно ниже), а зна­чением Rт пренебречь, поскольку эта величина составляет тысячные доли Ома, то для сети напряжением 380/220 В получим

I_кз = 220/0,2 = 1100 А.

Такая сила тока неизбежно вызовет срабатывание за­щиты, и установка автоматически отключится от сети. В качестве защитных средств можно использовать плав­кие предохранители или автоматические выключатели (магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, другие автома­ты, осуществляющие защиту одновременно от токов ко­роткого замыкания и от перегрузки).

Защиту выбирают с таким расчетом, чтобы сила тока однофазного короткого замыкания превышала не менее чем в три раза номинальную силу тока срабатывания за­щитных устройств.

Для снижения опасности поражения людей электри­ческим током в случае обрыва нулевого провода и замыка­ния фазы на корпус за местом обрыва необходимо повтор­но заземлять нулевой провод, иначе присоединенные послеместа обрыва к нулевому проводу корпуса электроуста­новок окажутся под фазным напряжением;

Занулению подлежат те же металлические нетоковедущие Части электрооборудования, что и заземлению (кор­пуса электроустановок, трансформаторов, аппаратов, приводы электрических машин, каркасы распределитель­ных щитов, светильников, оболочки кабелей и т.п.). В се­ти с занулением корпус приемника нельзя заземлять, не присоединив его к нулевому защитному проводу.

Одновременное зануление и заземление одного и того же корпуса не только не опасно, а напротив, улучшает ус­ловия безопасности, так как создает дополнительное за­земление нулевого защитного провода.

Зануление должно быть использовано в обязательном порядке в следующих случаях:

♦ во всех электроустановках переменного тока напря­жением 380 В и выше и установках постоянного тока нап­ряжением выше 440В;

♦ в помещениях с повышенной опасностью, особо опас­ных помещениях и в наружных установках при напряжени­ях переменного тока более 42 В и постоянного выше 110 В;

♦ при любом напряжении постоянного и переменного тока во взрывоопасных установках.

Однако зануление, как, впрочем, и заземление, не за­щищает человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям. Поэтому помимо зануления и других защитных мер возникает не­обходимость использования защитного отключения и вы­равнивания потенциала.

Защитное отключение представляет собой быстро­действующую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

При использовании этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1-0,2 с) отключе­нием аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудова­ния, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под нап­ряжением.

Принцип работы защитно-отключающего устройства состоит в том, что оно постоянно контролирует величину входного сигнала (напряжение корпуса относительно зем­ли, силу тока замыкания на корпус, напряжение фаз от­носительно земли, напряжение нулевой последователь­ности и т.п.) и сравнивает его с установленным значением (уставкой). Если входной сигнал отличается от уставки в худшую сторону, то устройство срабатывает и отключает электроустановку от сети.

Защитно-отключающие
устройства включают следу­ющие элементы: датчик, представляющий собой чувствительный элемент и воспринимающий входной сигнал (иногда называется фильтром); автоматический выключатель - исполни­тельный орган, отключаю­щий электроустановку или участок сети при поступле­нии аварийного сигнала.

На рис. 3.10 приведена наиболее простая схема за­щитного отключения, сраба­тывающего при появлении напряжения на корпусе электрооборудования относительно земли. В схемах этого типа датчиком служит ре­ле напряжения Р₃, включенное между корпусом и вспомо­гательным заземлителем.

Защитное отключение может служить дополнением к системам защитных заземления и зануления, а также единственным и основным средством защиты.

Выравнивание потенциала - это метод снижения нап­ряжения прикосновения и шага между точками электри­ческой цепи, к которым возможно одновременное прикос­новение или на которых может одновременно стоять чело­век (ГОСТ 12.1.009).

Для выравнивания потенциала используют контурное заземление или укладывают стальные полосы в виде сет­ки по всей площадке, занятой оборудованием. Кроме того, для выравнивания потенциала во всех помещениях и наружных установках, где применяются защитные заземле­ние и зануление, строительные металлические конструк­ции, трубопроводы всех назначений, корпуса технологи­ческого оборудования должны быть присоединены к се­тям зануления или заземления.

Выравнивание потенциала как самостоятельный метод защиты не используют.

Поскольку разветвленные электрические сети, широко используемые в производстве, характеризуются значи­тельной емкостью и небольшим сопротивлением исправ­ной изоляции проводов, то для повышения безопасности работы с ними производится так называемое защитное электрическое разделение сети.

Электрическое разделение сети - это разделение ее на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформатора. Такие трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:1 применяются в установках напряжением до 1000 В и предназначены для отделения приемников от первичной электрической сети и сети заземления. Причем от разде­ляющего трансформатора может быть запитан только один приемник с защитной плавкой вставкой (сила тока вставки автомата на первичной стороне не должна превы­шать 25 А). Вторичное напряжение разделяющих транс­форматоров должно быть не выше 380 В. Вторичная об­мотка трансформатора и корпус электроприемника не должны иметь ни заземления, ни связи с сетью зануления. Тогда при прикосновении человека к частям, находя­щимся под напряжением, или к корпусу с поврежденной изоляцией не создается опасность, поскольку вторичная цепь коротка и сила токов утечки в ней и емкостных токов ничтожно мала.

Разделение сетей обычно используют в электроуста­новках, эксплуатация которых связана с особой и повы­шенной опасностью.

Изоляция токоведущих частей с использованием ди­электрических материалов является основным методом защиты от поражения электрическим током и может быть рабочей, дополнительной, двойной и усиленной.

Рабочая изоляция - это электрическая изоляция токове­дущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нор­мальную работу и защиту от поражения электрическим то­ком. Рабочей изоляцией являются эмаль и оплетка обмо­точных проводов, пропиточные лаки, компаунды и т.д.

Дополнительная изоляция представляет собой элект­рическую изоляцию, предусмотренную дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электриче­ским током в случае повреждения последней. Дополни­тельной изоляцией могут быть пластмассовый корпус ма­шины, изолирующая втулка и т.п.

Двойная изоляция — это электрическая изоляция, сос­тоящая из рабочей и дополнительной изоляции. Она счи­тается вполне достаточной для обеспечения электро­безопасности. Поэтому электроинструментом и другими устройствами с двойной изоляцией разрешается пользо­ваться без применения других защитных средств.

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

Применение безопасных (малых) напряжений позво­ляет резко снизить опасность поражения человека элект­рическим током особенно при проведении работ в помеще­ниях с повышенной опасностью, особо опасных помеще­ниях и на наружных установках.

Малое напряжение - это номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током (ГОСТ 12.1.009). В соот­ветствии с ГОСТ 12.2.007 безопасным является перемен­ное напряжение ниже 42 В и постоянное - ниже 110 В.

Безопасные напряжения используют для питания электроинструмента, светильников стационарного осве­щения, переносных ламп, т.е. в тех случаях, когда возмо­жен длительный контакт с корпусом электрооборудова­ния в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных, а также в других случаях.

Компенсация токов замыкания на землю заключает­ся в установке между нейтралью и землей компенсацион­ной катушки. Этот вид защиты используют одновременно с защитным заземлением или отключением.

Оградительные устройства применяют для того, чтобы исключить даже случайные прикосновения к токоведущим частям электроустановок. Как правило, ограж­дение токоведущих частей должно предусматриваться конструкцией электрооборудования.

Блокировки, предупредительная сигнализация, знаки безопасности широко используются в электроустановках.

Блокировка электротехнического изделия по ГОСТ 18311 - часть электротехнического изделия, предназна­ченная для предотвращения или ограничения выполне­ния операций одними частями изделия при определенных состояниях или положениях других частей изделия в це­лях предупреждения возникновения в нем недопустимых состояний или исключения доступа к его частям, находя­щимся под напряжением. Иными словами, блокировки (блокировочные устройства) надежно исключают возмож­ность случайного прикосновения к находящимся под нап­ряжением частям, расположенным в специальных закры­тых помещениях.

Предупредительная сигнализация обычно использует­ся в сочетании с другими мерами защиты. Сигнализация может быть световой и звуковой. Для световых сигналов применяют цвета в соответствии с ГОСТ 12.2.007:

♦ красный - для запрещающих и аварийных сигналов, а также для предупреждения о перегрузках, неправиль­ных действиях, опасности и т.д.;

♦ желтый - для привлечения внимания (о достижении предельных значений, о переходе на автоматическую ра­боту и т.п.);

♦ зеленый - для сигнализации безопасности (нормаль­ный режим работы, разрешение на начало действия и т.п.);

♦ белый - для обозначения включенного состояния выключателя (когда нерационально применение красного, желтого и зеленого цветов);

♦ синий - в специальных случаях, когда не могут быть применены остальные цвета.

Сигнальные лампы и светосигнальные аппараты долж­ны обеспечиваться знаками или надписями, указываю­щими значения сигналов (например, «Включено», «От­ключено», «Нагрев» и т.п.).

Для исключения ошибочных соединений и лучшей ориентации в электрических цепях электроустановок провода, шины и кабели должны иметь маркировку в ви­де цифровых и буквенных обозначений и отличительную окраску.

Кроме того, для профилактики электротравматизма до­полнительно используются знаки безопасности по ГОСТ 12.4.026 и предупредительные плакаты, которые делятся на четыре группы: предупреждающие (предостерегающие) знаки и плакаты, а также плакаты запрещающие, предпи­сывающие и указательные (напоминающие) (рис. 3.11).

Основным назначением знаков и плакатов являются:

♦ предупреждение об опасности при приближении к частям, находящимся под напряжением;

♦ запрещение оперировать аппаратами, которые могут подать напряжение на место, отведенное для работы;

♦ указание места, подготовленного к работе;

♦ напоминание о принятых мерах безопасности.

Электрозащитные средства представляют собой пе­реносимые и перевозимые изделия, служащие для защи­ты людей, работающих с электроустановками, от пораже­ния электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля (ГОСТ 12.1.009).

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

Изолирующие защитные средства служат для изоля­ции человека от токоведущих частей и от земли (рис. 3.12) и подразделяются, в свою очередь, на основные и дополни­тельные.

Основные средства способны надежно выдерживать рабочее напряжение электроустановки и допускают каса­ние токоведущих частей, находящихся под напряжением. В электроустановках напряжением выше 1000 В к основ­ным изолирующим защитным средствам относятся изоли­рующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, указатели напряжения для фазировки, изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ (изолирующие лестницы, площадки, тяги, канаты, корзины телескопических вышек и др.).

В электроустановках напряжением до 1000 В основны­ми электрозащитными средствами являются изолирую­щие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими руко­ятками.

Дополнительные электрозащитные средства - это такие средства защиты, которые при данном напряжении не могул обеспечить защиту от поражения током, поэтому их применяют совместно с основными электрозащитными средствами.

К дополнительным электрозащитным средствам в электроустановках напряжением выше 1000 В относятся: диэлектрические перчатки, боты и ковры, индивидуаль­ные экранирующие комплекты, изолирующие подставки и накладки, диэлектрические колпаки, переносные зазем­ления, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности.

К дополнительным электрозащитным средствам в электроустановках напряжением до 1000 В относятся: диэлектрические галоши и ковры, переносные заземления, изолирующие подставки.

К ограждающим защитным средствам относятся раз­личные переносные ограждения, предназначенные для вре­менного ограждения токоведущих частей, и таким образом предотвращающие возможность прикосновения к ним.

Вспомогательные защитные средства — это инстру­мент, приспособления и устройства, предназначенные для защиты электротехнического персонала от падения, с вы­соты (предохранительные пояса, страхующие канаты и др.); световых, тепловых или химических воздействий (защитные очки, респираторы, противогазы, брезентовые рукавицы и др.); шума (противошумные наушники, шле­мы, вкладыши и др.); для безопасного подъема на опоры (монтерские когти, лазы для подъема на бетонные опоры и т. п.) и др.

Все приборы, аппараты и приспособления, применяе­мые в качестве защитных средств, должны быть только заводского изготовления, выполнены и испытаны в соот­ветствии с действующими нормативно-техническими до­кументами.