На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаОхрана труда и электробезопасность → Основы электробезопасности

Защитные меры в электроустановках. Меры защиты при косвенном прикосновении. Защитное зануление

Защитное зануление

Защитное зануление применяют в 3х фазных сетях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.


Принципиальная схема зануления представлена на рис. 4.9.


Принципиальная схема защитного зануления в сети с глухозаземленной нейтралью

Рис.4.9 Принципиальная схема защитного зануления в сети с глухозаземленной нейтралью.
1 - корпус потребителя электроэнергии;
Ro - сопротивление заземления нейтрали источника тока;
Rn – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;
ВА - автоматический выключатель с защитой.


Основное назначение защитного зануления – устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением вследствие замыкания на корпус за счёт быстрого отключения электроустановки от сети действием защиты.


Однако, поскольку корпус оказывается заземленным через нулевой защитный проводник, то в аварийный период (с момента возникновения замыкания на корпус до отключения электроустановки от сети защитой) будет проявляться защитное свойство заземления.


Принцип действия защитного зануления основан на превращении замыкания на корпус в однофазное к.з. с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную электроустановку от сети.


Нулевой защитный проводник в схеме защитного заземления предназначен для создания тока однофазного к.з. цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для быстрого срабатывания защиты (т.е. быстрого отключения поврежденной электроустановки от питающей сети).


Рассмотрим на рис. 4.10 схему без нулевого защитного провода, роль которого выполняет земля (т.е. схема защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью).


К вопросу о необходимости нулевого защитного проводника в 3 х фазной сети л о 1 кВ с заземленной нейтралью.

Рис. 4.10 К вопросу о необходимости нулевого защитного проводника в 3 х фазной сети л о 1 кВ с заземленной нейтралью.


При замыкании фазы на корпус в цепи, образовавшейся через землю будет проходить ток:


(4.3)

благодаря которому на корпусе относительно земли возникает напряжение:


(4.4)

где:
Uф - фазное напряжение, В
R0, Rз - сопротивление заземлений нейтрали и корпуса, Ом.


Сопротивление обмотки трансформатора источника питания и проводов сети малы по сравнению с R0 и Rз и их в расчёт можно не принимать.


Ток Iз может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание защиты и электроустановка может не отключиться.


Например, при Uф=220 В и R0 = Rз=4 Ом, ток, проходящий через землю, будет равен:


  • а напряжение корпуса относительно земли:


    Если ток срабатывания защиты больше 27,5А, то отключения не произойдет и корпус будет находиться под напряжением 110В до тех пор, пока установку не отключат вручную.


    Безусловно, при этом возникает угроза поражения людей электрическим током в случае прикосновения к повреждённому оборудованию. Ток через тело человека в этом случае будет равен:


    Чтобы устранить эту опасность необходимо обеспечить автоматическое отключение электроустановки, т.е. увеличить ток до величины Iз>Ic.з., что достигается уменьшением сопротивления цепи за счёт введения в схему защитного нулевого провода с малым сопротивлением.


    Согласно ПУЭ нулевой защитный проводник должен иметь проводимость не меньше половины проводимости фазного провода. В этом случае ток однофазного к.з. будет достаточным для быстрого отключения поврежденной электроустановки.


    Вывод: в 3х фазной сети до 1 кВ с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании на корпус, поэтому такую сеть применять запрещается.


    Заземление нейтрали предназначено для снижения до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого защитного проводника (и всех присоединенных к нему корпусов электрооборудования) при случайном замыкании фазы на землю.


    В 4х проводной сети с изолированной нейтралью при случайном замыкании фазы на землю между нулевым защитным проводом и землёй (рис. 4.11), а следовательно между каждым зануленным корпусом и землей, возникает напряжение Uк, близкое к значению Uф. Например, при Uф=220В, Uк»220В. Что является весьма опасным.


    Замыкание фазы на землю в 3х фазной четырёхпроводной сети до 1 кВ с изолированной нейтралью

    Рис. 4.11 Замыкание фазы на землю в 3х фазной четырёхпроводной сети до 1 кВ с изолированной нейтралью.


    В сети с заземленной нейтралью (рис. 4.12) при таком повреждении будет обеспечиваться безопасность, так как при замыкании фазы на землю фазное напряжение Uф разделится пропорционально сопротивлениям Rзм (сопротивления замыкания фазы на землю) и Rо (сопротивление заземления нейтрали), благодаря чему напряжение между зануленным оборудованием и землей Uк снизится и будет равно:


    (4.5)

    где:
    Iз - ток замыкания на землю фазы


    Замыкание фазы на землю в 3х фазной четырёх проводной сети до 1 кВ с заземлённой нейтралью

    Рис.4.12 Замыкание фазы на землю в 3х фазной четырёх проводной сети до 1 кВ с заземлённой нейтралью.


    Как правило, сопротивление, которое оказывает грунт току замыкания фазы на землю Rзм, во много раз больше сопротивления заземления нейтрали R0. Поэтому Uк оказывается незначительным.


    Например, при Uф=220В, R0 =4 Ом, Rзм=100 Ом


    При таком напряжении прикосновение к корпусу неопасно.


    Вывод: 3х фазная четырехпроводная сеть с изолированной нетралью имеет опасность поражения электрическим током и применяться не должна.


    Для уменьшения опасности поражения людей электрическим током в случаях обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазного проводника на корпус применяют повторное заземление нулевого защитного проводника.


    Замыкание фазы на корпус при обрыве нулевого защитного проводника

    Рис.4.13 Замыкание фазы на корпус при обрыве нулевого защитного проводника:
    а) в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника;
    б) в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника.


    При случайном обрыве нулевого защитного провода и замыкании фазы на корпус (за местом обрыва) отсутствие повторного заземления приведёт к тому. что напряжение относительно земли оборванного участка нулевого защитного провода и всех присоединенных к нему корпусов окажется равным фазному напряжению сети (Uф) (рис. 4.13, а).


    Это напряжение опасное для человека будет существовать длительно, поскольку поврежденная электроустановка не будет отключаться от защиты, а обрыв нулевого проводника трудно обнаружить, чтобы отключить вручную.


    Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при его обрыве сохранится цепь тока Iз через землю (рис. 4.13, б), а напряжение прикосновения на корпусе относительно земли за местом обрыва снизится до назначения:


    (4.6)

    где:
    Iз - ток, проходящий через землю
    Rn - сопротивление повторного заземления нулевого защитного провода


    Корпуса электрооборудования, присоединенные к нулевому защитному проводнику до места обрыва также окажутся под напряжением относительно земли:


    Сумма Uк и U0 равны фазному напряжению:


    Uк + U0= Uф


    Если Rо= Rn, то корпуса, присоединенные к нулевому защитному проводу, как до, так и после обрыва, будут иметь одинаковый потенциал:


    Uк + U0= 0,5Uф


    Этот случай является наименее опасным, так как при других соотношениях R0 и Rn часть корпусов будет находиться под напряжением большим 0,5Uф, а другая часть корпусов под напряжением меньшим 0,5Uф.


    Вывод: повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения электрическим током, возникающего при обрыве нулевого защитного проводника, но не может обеспечить условий безопасности, которые существовали до обрыва.


    В сети, где применяется защитное зануление, запрещается заземлять корпус электроприемника, не присоединив его к нулевому защитному проводу.


    Объясняется это тем, что в случае замыкания фазы на заземленный, но не присоединенный к нулевому защитному проводнику корпус электрооборудования (рис. 4.14), образуется цепь тока Iз через сопротивление заземления этого корпуса Rз и сопротивление нейтрали источника тока R0.


    Схема поясняющая недопустимость заземления и зануления разных корпусов электрооборудования в одной сети

    Рис.4.14 Схема поясняющая недопустимость заземления и зануления разных корпусов электрооборудования в одной сети.


    В результате между этим корпусом и землей возникает напряжение:


    Uк = Iз×Rз


    Одновременно возникает напряжение между нулевым защитным проводником и землей (между всеми корпусами присоединенными к нулевому защитному проводнику и землей):


    U0= Iз×R0


    При Rз= Rо, Uк и U0 будут одинаковыми и равными половине фазного напряжения.


    Например, в сети с Uф=220В напряжение между каждым корпусом и землёй будет равно 110В.


    Указанные напряжения могут существовать длительно, пока электроустановка не будет отключена от сети вручную, т.к. защита из?за малого значения тока Iз может не сработать.


    Следует отметить, что одновременное заземление и зануление одного и того же корпуса наоборот улучшает условия безопасности, т.к. создаёт дополнительное заземление нулевого проводника.


    При замыканиях на корпус зануление создает цепь однофазного короткого замыкания. В результате срабатывает максимально-токовая защита (МТЗ) и аварийный участок цепи отключается от сети. Кроме того, до срабатывания ток к.з. вызывает перераспределение напряжений в сети и, как следствие, снижение напряжения аварийного корпуса относительно цепи (снижается напряжение прикосновения). Быстродействием МТЗ определяется время воздействия поражающего фактора опасности. (Чем меньше время срабатывания защиты, тем меньше опасность поражения человека при прикосновении к зануленному аварийному корпусу).


    При замыкании на зануленный корпус в цепи одного из фазных проводов возникает ток короткого замыкания (Iк). Этот ток определяется фазным напряжением источника питания (U), полными сопротивлениями цепи фазного (Zф) и нулеваго (Zн) проводов:



    Сопротивление цепи «фаза-нуль» Zф+Zн выражается комплексными величинами. Это объясняется тем, что при протекании больших токов при надлежащем выполнении зануления Iк должен превышать Iср и тем самым обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и, следовательно, безопасность людей имеющих контакт с зануленным электрооборудованием.


    ПУЭ нормируют максимальные значения сопротивлений заземляющих устройств:


    1. в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройствав любое время года должно быть не более 0,5 Ом.
    2. в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью должно быть R£ 250/I, Ом, но не более 10 Ом, где I –расчетный ток замыкания на землю, А.
    3. в электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которым присоединены нейтрали генератора или трансформатора в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника 3-х фазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.
    4. В электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе IT должно быть

    R £ Uпр /I, Ом


    где:
    Uпр - напряжение прикосновения, которое принимается равным 50В
    I - полный ток замыкания на землю


    Автоматическое отключение питания


    Для обеспечения автоматического отключения электроустановки (защитного отключения) при возникновении в ней опасности поражения электрическим током применяют быстродействующие защиты.


    Защитным отключением называется быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электрическим током.


    Опасность поражения человека электрическим током может возникнуть при:


    1. замыкании фазы на корпус электрооборудования;
    2. снижении сопротивлении изоляции относительно земли (повреждение изоляции, замыкании фазы на землю и т.п.);
    3. появлении в сети более высокого напряжения (в результате пробоя изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений, замыкания между проводами ВЛ разных напряжений и т.п.);
    4. при случайном прикосновении человека к токоведущей части находящейся под напряжением.

    В этих случаях в сети происходит изменение некоторых электрических параметров (например: изменяется ток утечки в землю; изменяется напряжение фаз относительно земли; появляется напряжение нулевой последовательности. Могут возникнуть также напряжение между корпусом оборудования и землёй, ток замыкания на землю, ток к.з и т.д.).


    Любое изменение параметров, при котором появляется опасность поражения электрическим током может служить импульсом, вызывающим срабатывание быстродействующей защиты (УЗО), при этом будет происходить автоматическое отключение электроустановки от источника питания.


    Защитное отключение обеспечивает безопасность путем ограничения времени протекания через человека опасного тока. Защита осуществляется устройством защитного отключения (УЗО), которое постоянно контролирует условия поражения и осуществляет отключения сети (или участка сети) при возникновении опасности поражения человека электрическим током.


    При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках напряжением до 1 кВ все открытые проводящие части должны присоединяться к глухозаземленной нейтрали источника (зануляться) в сетях с глухозаземленной нейтралью (если применена система TN), и заземляться в сетях с изолированной нейтралью (в системах IT), а также в сетях с глухозаземленной нейтралью (в системах ТТ), где проводящие части электроустановок заземлены при помощи заземления, электрически не связанного с заземлителем нейтрали.


    В электроустановках, в которых в качестве защитной меры применяется автоматическое отключение питания, должно быть выполнено уравнивание потенциалов.


    Время автоматического отключения питания нормируется ПУЭ. В таблице 4.1. приведено наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения.


    Таблица 4.1. Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для электроустановок до 1 кВ


    Сети с глухозаземленной нейтралью (для системы TN)


    Номинальное фазовое напряжение, В


    Время отключения, с


    127


    220


    380


    более 380


    0,8


    0,4


    0,2


    0,1


    Сети с изолированной нейтралью (для системы IT)


    Номинальное линейное напряжение, В


    Время отключения, с


    220


    380


    660


    более 660


    0,8


    0,4


    0,2


    0,1


  •