В соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75 "Изделия электротехнические" все действующее на предприятии или вновь устанавливаемое электрооборудование по способу защиты человека от поражения током подразделяется на пять классов защиты: 0; 0I; I; II; III.
К классу 0 относится электрооборудование, которое имеет рабочую изоляцию, но не имеет элементов для заземления, если это оборудование нс отнесено к классам II и III.
К классу 0I относится электрооборудование, имеющее рабочую изоляцию, элемент для заземления и провод без заземляющей жилы для присоединения этого оборудования к источнику питания.
К классу I относится электрооборудование, которое в отличие от электрооборудования класса 0I в проводе для присоединения к источнику питания имеет заземляющую жилу и вилку с заземляющим контактом.
К классу II относится электротехническое оборудование, имеющее двойную или усиленную изоляцию, но не имеющее элементов для заземления.
К классу III относится электрооборудование, которое не имеет ни внешних, ни внутренних электрических цепей напряжением выше 42 В.
В соответствии с этой классификацией в качестве мероприятий по обеспечению безопасности работы с электрооборудованием могут быть приведены следующие:
- изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, двойная, усиленная);
- малое напряжение в электрических цепях;
- защитное заземление;
- зануление;
- защитное отключение;
- применение разделяющих трансформаторов;
- использование оболочек и блокировок для предотвращения возможности случайного прикосновения к токоведущим частям и ошибочных действий или операций;
- защитные средства и предохранительные приспособления.
Изоляция токоведущих частей с использованием диэлектрических материалов является основным методом защиты от поражения электрическим током. Поэтому качество изоляции имеет важное значение, особенно для сетей с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, поскольку при U > 1000 В любое снижение Rиз всегда приводит к глухому замыканию на землю и автоматическому отключению сети.
Электрическая прочность изоляции и ее сопротивление должны быть указаны в стандартах и технических условиях на конкретные виды электротехнических изделий. Только для изделий, работающих при U < 12 В переменного и U < 36 В постоянного тока, эти величины нс указываются. Покрытие токоведущих частей лаком, эмалью или аналогичными материалами не является достаточным для защиты при непосредственном прикосновении человека к токоведущим частям.
В соответствии с ПУЭ для распределительных щитов, устройств, токопроводов, катушек, контактов, магнитных пускателей и автоматов, работающих при напряжении до 1000 В, Rиз не должно быть менее 0,5 МОм. Для вторичных цепей управления, защиты, измерения и других устройств Rиз > 1…10 МОм. Для сетей с U > 1000 В сопротивление изоляции не должно быть меньше 10 МОм.
Для обеспечения безопасности и предупреждения замыканий на землю и на корпус необходимо периодически или постоянно контролировать сопротивление изоляции. Периодический контроль в помещениях без повышенной опасности осуществляют один раз в год, а в помещениях с повышенной опасностью — два раза в год. Для этого вида контроля чаще всего используют мегаомметры типа М-1101 на напряжение 100-500-1000 В и МС-05, МС-06 — на напряжение 2500 В.
Недостатком такого контроля является то, что возможна эксплуатация электроустановки в течение некоторого времени с ухудшенной изоляцией, что исключается при постоянном контроле специальными приборами. Последний вид контроля наиболее широко распространен в сетях с изолированной нейтралью. Чаще всего для этих целей используют прибор типа ПКИ, работающий на постоянном оперативном токе.
Для повышения безопасности и удобства работы в зависимости от функционального назначения проводников следует применять следующие расцветки изоляции: черную — в силовых цепях; красную — в цепях управления, измерения и сигнализации переменного тока; синюю — в аналогичных цепях постоянного тока; зелено-желтую — в цепях заземления; голубую — для проводников, соединенных с нулевым проводом и не предназначенных для заземления.
Двойная изоляция состоит из рабочей изоляции на токоведущих частях и слоя изоляции из полимерных материалов на тех металлических частях электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением в случае пробоя (корпус, рукоятки и т. д.). Однако такой поверхностный слой изоляции подвержен механическим воздействиям и повреждениям, вследствие чего возможен доступ человека к металлическим частям электрооборудования.
Для обеспечения безопасности необходимо постоянно контролировать качество этого слоя, поскольку выход его из строя не влияет на работу электроустановки. Поэтому для повышения безопасности изготавливают корпуса электрооборудования из полимерных материалов.
Применение малых напряжений позволяет резко уменьшить опасность во всех случаях. В соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75 безопасным является переменное напряжение менее 42 В и постоянное менее 110 В.
Малые напряжения применяют как в помещениях с повышенной опасностью (Uбез < 42 В), так и в особо опасных (Uбез = 12 В) для питания ручного электроинструмента, светильников стационарного местного освещения, переносных ламп, т. е. в тех случаях, когда возможен длительный контакт с корпусом электрооборудования.
Источниками малого напряжения являются трансформаторы, батареи гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки. Применение автотрансформаторов для этих целей запрещено, поскольку первичная и вторичная обмотки автотрансформатора электрически связаны между собой.
Для предотвращения перехода высшего напряжения с первичной обмотки на вторичную и повышения безопасности работ с понижающим трансформатором необходимо заземлить или занулить корпус и вторичную обмотку. Между обмотками трансформатора должна быть двойная изоляция. Для повышения безопасности работ с малым напряжением конструкции вилок и штепсельных розеток должны отличаться от подобных для электроустановок, работающих при U > 42 В.
Применение малых напряжений как эффективной меры защиты затруднено из-за необходимости создания протяженных сетей и мощных электроприемников малого напряжения, поскольку для достижения соответствующей мощности необходимо резко увеличить силу тока, что экономически невыгодно.
Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при нарушении изоляции электроустановки. Назначение защитного заземления — превращение "замыкания на корпус" в "замыкание на землю", с тем чтобы уменьшить напряжение прикосновения и напряжение шага до безопасных величин (выравнивание потенциала).
При наличии защитного заземления сопротивление замкнутой на корпус фазы определяется в основном сопротивлением заземляющего устройства R3.. Заземляющее устройство состоит из металлического заземлителя, непосредственно соприкасающегося с землей, и заземляющих проводников. Сопротивление заземления слагается из сопротивления растеканию тока заземлителя и сопротивления заземляющих проводников (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Схема защитного заземления в сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной (а) и изолированной (б) нейтралью. Пояснения в тексте
Используя законы Кирхгофа и Ома, можно рассчитать силу тока, проходящего через человека в аварийной ситуации (в А): сеть с глухозаземленной нейтралью —
сеть с изолированной нейтралью —
где Z = R(1 + jwRC) — полное сопротивление одной фазы относительно земли, Ом.
Если принять R0 = R3, то в соответствии с формулой (8.12) напряжение, под которым будет находиться человек, составит Uч= Iч/Rч = Uф/2.
Следовательно, для сетей с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В защитное заземление применять нецелесообразно. В сетях же с изолированной нейтралью, для которых Z >> R3, сила тока, проходящего через тело человека, будет стремиться к нулю. При U > 1000 В заземление используется в любых сетях независимо от режима нейтрали.
По расположению относительно корпусов электрооборудования различают два вида заземления: выносное (или сосредоточенное) и контурное (или распределенное). При выносном заземлении заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой находится электрооборудование. Это дает возможность выбрать место с наименьшим сопротивлением грунта для размещения заземлителя. Недостаток такого заземления заключается в том, что человек и электроустановка находятся на земле с нулевым потенциалом, поэтому а1 = 1, и человек может оказаться под напряжением прикосновения, равным напряжению заземлителя. Поэтому такое заземление используют только при небольшой силе тока замыкания на землю в установках напряжением до 1000 В.
Более распространено контурное заземление, характеризуемое тем, что его одиночные заземлители размещены по контуру (периметру) площадки, на которой расположено электрооборудование. В этом случае Unp и Uш имеют небольшие значения, а следовательно, достигается максимальная безопасность.
Внутри производственных помещений выравнивание потенциала происходит естественным образом через металлические конструкции здания, трубопроводы и другие проводящие устройства, имеющие электрическую связь с разветвленной сетью заземления.