ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Под электрической изоляцией понимают разобщение, разъединение токонесущих проводов и деталей в целях предотвращения контакта между ними. В качестве изоляции используют материалы с очень высоким удельным сопротивлением. К таким материалам относятся диэлектрики, удельное сопротивление которых колеблется в пределах 10⁸…10¹² Ом·см.

Исправное состояние изоляции деталей электроустановок и электрических проводов является основным условием надежной работы электрооборудования и его безопасного обслуживания. Только при хорошем состоянии изоляция обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током, от чрезмерных токов утечки, излишнего расхода электроэнергии, от возгораний, которые могут возникать в случае замыкания токонесущих проводов. Плохое состояние изоляции может привести к замыканию токонесущих проводов на корпус электроустановки, электроинструмента, увеличивая опасность поражения человека электрическим током, так как нетоковедущие части электрооборудования, с которыми обычно работает человек, оказываются под напряжением.

В процессе эксплуатации состояние электрической изоляции ухудшается за счет снижения ее электрической и механической прочности. Основными причинами ухудшения состояния изоляции являются:

нагревание от электрического тока при прохождении его по проводам, от токов короткого замыкания;

нагревание от посторонних источников;

механические повреждения в результате некачественного монтажа, вибраций и чрезмерно растягивающих усилий при прокладке проводов и кабелей;

влияние климатических условий и окружающей производственной среды.

При низком сопротивлении изоляции возможно замыкание токонесущих проводов на «землю», что в сетях с изолированной нейтралью резко ухудшает условия их эксплуатации, а в сетях с глухозаземленной нейтралью приводит к перерывам в электроснабжении.

Состояние изоляции характеризуется ее сопротивлением току утечки. Регулярный контроль за состоянием изоляции и своевременное обнаружение снижения ее сопротивления и возможного замыкания проводов на «землю» и на корпус электроустановки являются одной из мер защиты персонала от поражения электрическим током.

Контроль состояния изоляции производится:

при приемке электроустановки после ремонта или монтажа;

периодически в процессе эксплуатации, но не реже 1-2 раз в год в зависимости от производственных условий (в сырых помещениях 2-3 раза в год);

постоянно в процессе эксплуатации с помощью специальных приборов контроля состояния изоляции.

Наиболее распространенный вид испытания изоляции при приемке электроустановок после монтажа или ремонта – испытание повышенным напряжением постоянного или переменного тока. Для объектов, имеющих малую емкость относительно «земли» или корпуса (электрические машины, аппараты, приборы, линии электропередачи малой протяженности – до 1 км), применяется испытание повышенным напряжением переменного тока.

При исследовании качества изоляции установлено, что между электрической прочностью изоляции и временем воздействия повышенного напряжения существует определенная зависимость. Так с увеличением времени воздействия прочность изоляции падает и может наступить ее пробой. Пробой изоляции происходит быстрее, если в изоляции имеются дефекты – механические включения, влага, воздух и пр. Во избежание повреждения изоляции время воздействия измерительного напряжения должно продолжаться не более одной минуты, так как считается, что через одну минуту ток (процесс) в цепи можно принять установившимся.

Для объектов, имеющих большую емкость токонесущих элементов относительно «земли» (кабели связи, линии электропередачи большой протяженности), применяется испытание повышенным напряжением постоянного тока, так как для испытания переменным током в этом случае потребовались бы большие мощности испытательных трансформаторов.

По «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) измерение сопротивления изоляции производится между двумя смежными предохранителями или за последними предохранителями между любым проводом и «землей», а также между двумя проводами. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Обычно изоляцию линий электропередачи проверяют при снятых предохранителях (УЗО) (рис. 11).

Сопротивление изоляции электрических машин и установок рассчитывается по формуле

R_и = U / (1000 + P/100),

где R_и – сопротивление изоляции, МОм; U – рабочее напряжение установки, В; Р – мощность установки, кВА (кВт).

Рис. 11. Схема измерения сопротивления изоляции

в линиях электропередачи

Измерение сопротивления изоляции аппаратов, приборов, их катушек, вторичных цепей электроустановок и электропроводки напряжением до 1000 В производится мегомметром при испытательном напряжении 500…1000 В.

Сопротивление изоляции R_и измеряется только после отключения объекта измерения от всех источников питания, откуда может быть подано напряжение (рис. 11).

«Правила технической эксплуатации электрических приборов» (ПТЭЭП) нормируют величины сопротивления изоляции различных электроустановок (табл. 1).

Таблица 1

Нормирование величин сопротивления изоляции электроустановок

Контроль изоляции заключается в измерении ее активного сопротивления в целях обнаружения дефектов и предупреждения замыкания токонесущих проводов на «землю» и коротких замыканий между проводами.

Итак, измерения активного (омического) сопротивления изоляции R_и, которое определяет токи утечки, могут осуществляться:

непрерывно в течение всего периода эксплуатации;

в сроки, установленные ПТЭЭП.

Непрерывный контроль за состоянием изоляции. Непрерывный или постоянный контроль за состоянием изоляции возможен только в 3-фазных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (рис. 12).

Рис. 12. Схема непрерывного контроля 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью (метод трех вольтметров)

Из схемы, приведенной на рис. 12, видно, что вольтметры включены по схеме «звезда» и, если сопротивления изоляции R_и всех фазных проводов относительно «земли» будут иметь примерно одинаковые значения, все три вольтметра покажут примерно одинаковые напряжения (рис. 4, а).

В случае уменьшения сопротивления изоляции провода одной из фаз, например фазы «С», вольтметр V_C покажет уменьшенное напряжение, а вольтметры V_B и V_A покажут увеличенное напряжение (рис. 4, б).

Если же произойдет замыкание фазы «С» на «землю», то вольтметр V_C покажет напряжение, близкое к нулевому, а вольтметры V_A и V_B покажут напряжения, по своей величине приближающиеся к линейному (рис. 4, в).

Для проведения такого контроля необходимо использовать вольтметры с высоким внутренним сопротивлением, чтобы не ухудшать состояния сети переменного тока при их включении.

Для постоянного контроля за состоянием сопротивления изоляции в 3-фазных сетях переменного тока может использоваться метод двух вольтметров, подключенных к одной из фаз (рис. 13).

Из рис. 13 видно, что при одинаковых величинах сопротивления изоляции R_иА = R_иВ = R_иС = R_и вольтметры V₁ и V₂ покажут примерно одинаковые величины напряжений U₁ U₂ 0,5U_ф. Если у провода фазы «С» произойдет резкое уменьшение сопротивления изоляции (случай 1), то вольтметр V₂ будет зашунтирован сопротивлением замыкания провода «С» на «землю» и его показания будут стремиться к нулевому значению, а показания вольтметра V₁ будут стремиться к фазному напряжению U_ф.

Рис. 13. Схема постоянного контроля состояния изоляции 3-фазной сети переменного тока методом двух вольтметров

Следовательно, показания вольтметра V₁ будут больше показаний вольтметра V₂.

Если произойдет резкое уменьшение сопротивления изоляции другого фазного провода (второй случай), то вольтметр V₁ окажется подключенным к фазе «В», а вольтметр V₂ окажется включенным между фазными проводами «С» и «В». Таким образом, вольтметр V₁ покажет напряжение фазы «В» – U_B, а вольтметр V₂ покажет линейное напряжение U_BС (U_л).

Периодический контроль состояния изоляции. Периодический контроль состояния изоляции токонесущих проводов, электроустановок, аппаратов, приборов проводится в целях измерения активного сопротивления изоляции в установленные Правилами сроки. Во время измерения сопротивления изоляции в электрических сетях должны быть отключены все токоприемники для того, чтобы они не вносили ошибок в измерения.

Критерием для суждения о состоянии изоляции служит сравнение величин сопротивления изоляции, полученных при измерениях в период эксплуатации, с первоначальными величинами, полученными перед вводом электроустановок в эксплуатацию. Сопротивление изоляции считается недостаточным, если оно меньше первоначальной величины на 30% и более. Электроустановки или осветительная сеть со сниженным сопротивлением изоляции на 30% и более от номинальной (табл. 1) подлежат ремонту.

Контрольные вопросы

1. Что такое изоляция?

2. Основные свойства изолирующих материалов, сред?

3. Относительно чего следует измерять сопротивление изоляции?

4. Какие токи могут протекать через изолирующие материалы?

5. В каких случаях измеряется сопротивление изоляции переменным и постоянным токами?

6. С какой целью регламентируются величины измерительных напряжений?

7. С какой целью производят измерение состояния изоляции электрических сетей и электрооборудования?

8. Где и как производится непрерывный контроль состояния изоляции?

9. В каких случаях и как производится периодический контроль состояния сопротивления изоляции?

10. Требования к схемам непрерывного контроля состояния изоляции?

11. Нормы допустимых величин сопротивления изоляции электрических сетей и электрооборудования?

12. Периодичность проведения контроля состояния изоляции?

НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ.

ШАГОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Напряжение прикосновения

Пробой изоляции электрических проводов, замыкание токонесущих конструкций на «землю», сопровождается протеканием через нее аварийного тока I_зм. Пространство вокруг заземлителя, где проходит ток замыкания, называется зоной растекания тока или «локальной землей» (рис. 14).

Ток, стекая с заземлителя, растекается на значительные расстояния и обусловливает разность потенциалов между отдельными точками на поверхности «земли». Заземлителем может быть любой металлический предмет (труба, стержень, пластина, место падения провода на поверхность земли и пр.), потому что сечение проводник – «земля» настолько велико, что оно почти не оказывает сопротивления прохождению электрического тока.

Рис. 14. Растекание тока в «земле»: а) вокруг полушарового заземлителя;

б) по кривой, характеризующей напряжение «шага» (шаговое напряжение)

Выберем в зоне растекания точку А, находящуюся на расстоянии x₁ от центра заземлителя, и определим ее потенциал (рис. 14, а).

Известно, что величина плотности тока δ уменьшается по мере растекания его в земле и равна

δ = I_зм /(2π · x₁²),

где I_зм – ток замыкания на «землю», А; x₁ –расстояние от центра заземлителя до рассматриваемой точки А, м.

Падение напряжения Е на единицу длины пути составляет

Е = δ · ρ,

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом м.

Выделим в «земле» элементарный шаровой слой dx, падение напряжения на котором определяется как

dU = E · dx = δ · ρ · dx = (I_зм · ρ) / (2πx²) dx.

В точке В (рис. 14, а), бесконечно удаленной от заземлителя, плотность тока равна нулю, а поэтому и потенциал в точке В будет равен нулю.

Разность потенциалов между двумя точками, находящимися на поверхности «земли» – точкой А и бесконечно удаленной от нее точкой В, потенциал которой равен нулю (рис. 14, а), определяется по формуле

φ_А = U_A = dU = I_зм · ρ / 2π dx / x² = I_зм · ρ / 2πx₁.

Напряжение между заземленной частью электроустановки (корпусом, заземлителем) и точками «земли», находящимися в зоне растекания тока, называется напряжением относительно «земли» U_з. Отношение напряжения U_з к току I_зм, протекающему через заземлитель в «землю», называется сопротивлением заземлителя R_Т1 и определяется по формуле

R_Т1 = U_з / I_зм или U_з = I_зм · R_Т1.

Если в электроустановке произошел пробой изоляции на корпус, присоединенной к заземлителю Т₁, то все установки и электрооборудование, имеющие гальваническую связь с этим корпусом, приобретают потенциал относительно «земли», равный потенциалу заземлителя φ_Т1 = I_зм · R_Т1.

Руки человека при прикосновении к корпусу электроустановки приобретают потенциал заземлителя φ_Т1. Одновременно с прикосновением рук к корпусу электроустановки ноги человека касаются точек почвы с другим потенциалом φ_нч (потенциал ног человека), величина которого зависит от расстояния между этими точками и заземлителем. В результате между рукой и ногами человека возникает разность потенциалов, которая называется напряжением прикосновения U_пр = φ_Т1 – φ_нч.

Итак, напряжением прикосновения называется напряжение между двумя проводящими частями при одновременном прикосновении к ним человека, а также напряжение между открытой проводящей частью, к которой прикасается человек, и местом на поверхности «локальной земли» или проводящего пола, на котором стоит человек (ГОСТ Р 50571).

Примечание. «Локальная земля» – часть «земли», находящейся в контакте с заземлителем, электрический потенциал которой под влиянием тока, стекающего с заземлителя, может быть отличным от нуля. В случаях, когда отличие от нуля потенциала части «земли» не имеет принципиального значения, вместо термина «локальная земля» используют общий термин «земля».

Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока

с заземленной нейтралью и изолированным от «земли»

корпусом электроустановки (рис. 15)

Рис. 15: а) прикосновение человека к корпусу электроустановки в сети

с заземленной нейтралью и изолированным от «земли» корпусом;

б) эквивалентная схема

При рассмотрении сети 3-фазного переменного тока с заземленной нейтралью и изолированным от «земли» корпусом электроустановки при замыкании одной из фаз на корпус видно, что сопротивление тела человека R_ч включено последовательно с сопротивлением защитных средств R_зс (R_зс = R_о + R_п, где R_о и R_п – сопротивления обуви и пола), заземлителя R_T (рис. 15, б) и может быть определено по формуле

U_пр = U_ф R_ч / (R_ч + R_зс + R_T).

Если предположить, что сопротивление изоляции защитных средств равно нулю, сопротивление тела человека R_ч намного больше сопротивления заземлителя R_T и напряжение прикосновения U_пр становится равным или стремится к фазному напряжению U_ф. Следовательно, в этом случае имеем U_пр = U_ф.

Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока

с заземленной нейтралью и заземленным корпусом электроустановки (рис. 16)

Защитное заземление предназначено для снижения опасности поражения человека электрическим током в случае его прикосновения к корпусу электроустановки, которая оказалась под током. Поэтому для обеспечения защиты человека от поражения электрическим током корпус установки заземляется через защитное заземление (защитное устройство) Т₁ (рис. 16, а).

Из схемы видно, что в случае замыкания фазы на заземленный корпус электроустановки возникает ток короткого замыкания I_кз (аварийный ток I_АВ). В результате, с учетом закона Кирхгофа, ток будет протекать по двум цепям:

фаза «А» – корпус установки – защитное устройство (защитное заземление) Т₁ – «земля» – заземление нейтрали Т – нуль источника;

фаза «А» – корпус установки – человек R_ч – «земля» – заземление нейтрали нулевой точки источника питания Т – нуль источника питания.

Рис. 16: а) прикосновение человека к заземленному корпусу

электроустановки в сети с заземленной нейтралью; б) эквивалентная схема

С учетом того, что сопротивление тела человека R_ч намного выше сопротивления защитного заземления Т₁, ток короткого замыкания определяется по формуле

I_кз = U_ф / (R_Т1 + R_Т).

Из эквивалентной схемы (рис. 16, б) видно, что имеет место делитель напряжения R_Т1... R_Т. Так как сопротивление тела человека R_ч намного больше сопротивления защитного заземления R_Т1, то в этом случае большая часть тока будет проходить по цепи R_Т1... R_Т и меньшая – через тело человека. Поэтому напряжение, падающее на сопротивлении R_Т1, и является напряжением прикосновения U_пр, которое определяется по формуле

U_пр = (U_ф · R_Т1) / (R_Т1 + R_Т).

Если имеет место равенство защитных заземлений R_Т1 = R_Т, то напряжение прикосновения определяется как U_пр = U_ф / 2, т. е. оно всегда будет выше 50 В. Так как сопротивление защитного заземления R_Т1, как правило, выше сопротивления заземления нейтрали 3-фазной сети переменного тока R_Т, то и падение напряжения на сопротивление защитного заземления будет всегда больше половины фазного напряжения, т. е. U_пр будет равно примерно 110 В, что является опасным для человека. Итак, в штатных условиях при работе с электроустановками, подключенными к 3-фазной сети переменного тока с заземленными нейтралью и корпусом установки, имеет место следующее соотношение:

R_Т R_Т1, R_Т1>>R_ч, т. е. R_Т / R_Т1 1, R_Т / R_ч = 0,

и тогда напряжение прикосновения U_пр будет примерно равно половине фазного напряжения, т. е. напряжение прикосновения превышает 50 В.

В 3-фазных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (сопротивление заземления нейтрали R_Т стремится к бесконечности) напряжение прикосновения U_пр стремится к нулю, так как имеет место делитель напряжения R_Т1... R_из, а сопротивление изоляции проводов относительно «земли» во много раз превышает сопротивление защитного устройства R_Т1.

Если сопротивление защитного заземления электроустановки R_Т1 стремится к бесконечности, т. е. корпус установки не заземлен, сопротивление заземления нейтрали 3-фазной сети существенно меньше сопротивления тела человека R_ч, то можно считать, что напряжение прикосновения U_пр стремится к напряжению фазы U_ф, т. е. U_пр U_ф. Такое напряжение прикосновения является опасным для человека. _.

Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока

с изолированной нейтралью и заземленным корпусом электроустановки (рис. 17)

В случае пробоя фазы на заземленный корпус электроустановки, допустим фазы А, в 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью в результате короткого замыкания фазы на корпус возникает аварийный ток I_ав. Если заменить параллельно подключенные к проводу А сопротивление заземляющего устройства электроустановки R_Т и сопротивление тела человека R_ч, на эквивалентное сопротивление R¹, получим

R¹ = R_Т · R_ч / (R_Т + R_ч).

Рис. 17. Прикосновение человека к корпусу электроустановки

в 3-фазной сети переменного тока: а) с изолированной нейтралью

и заземленным корпусом; б) эквивалентная схема

В результате приходим к эквивалентной схеме (рис. 17, б). В этом случае имеет место равенство

I_ч · R_ч = I_ав · R¹,

где I_ч – ток, проходящий через тело человека; I_ав – аварийный суммарный ток до разветвления цепи. Отсюда следует, что ток, проходящий через тело человека, определяется по формуле

I_ч = I_ав · R¹/ R_T.

Известно, что при однополюсном прикосновении человека к фазному проводу в 3-фазной сети с изолированной нейтралью при равенстве сопротивлений изоляции R_и фазных проводов относительно «земли» ток I_ч, проходящий через тело человека, определяется по формуле

I_ч = 3U_ф / (3R_ч + R_и) = U_л / (3R_ч + R_и)

и напряжение прикосновения определяется по формуле

U_пр = I_ч · R_ч.

Зависимость напряжения прикосновения от расстояния

между заземляющим устройством и человеком,

к которому оно приложено (рис. 18)

Расстояние L_T1 между заземлителем и человеком не всегда ограничено и может меняться в некоторых пределах. В целом напряжение прикосновения определяется разностью потенциалов между участком грунта, где стоит человек, и заземлителем.

Положим, что система заземления электроустановки выполнена таким образом, что расстояние между ногами человека и заземлителем равно нулю (L_T1 = 0), т. е. участок грунта под человеком и заземленный корпус установки оказались соединенными одной шиной (рис. 18, а). В этом случае рука человека, касающаяся корпуса установки, и его ноги будут иметь один и тот же потенциал, а поэтому и разность потенциалов будет равна нулю. Следовательно, при L_T1= 0 напряжение прикосновения также будет равно нулю (U_пр = 0).

Рис. 18. Зависимость напряжения прикосновения от расстояния между человеком

и заземленным корпусом электроустановки: а) равного нулю; б) не равного нулю

Если же расстояние L_T1 между человеком и заземлителем не равно нулю (рис. 18, б), то потенциал участка грунта под ногами человека φ_нч будет ниже потенциала заземляющего устройства φ_T1, и чем больше это расстояние, тем больше потенциал ног человека φ_нч приближается к нулевому потенциалу «земли». При достаточно большом расстоянии L_T1 ноги человека, стоящего на «земле», будут иметь нулевой потенциал, а напряжение прикосновения U_пр будет определяться потенциалом заземлителя φ_T1.

Распределение значений напряжения прикосновения U_пр в зависимости от расстояния L_T1 носит сложный характер и зависит от формы и размеров зоны растекания токов замыкания, которые, в свою очередь, зависят от формы и размеров заземлителя и электротехнических характеристик грунта. Поэтому напряжение прикосновения U_пр увеличивается по мере увеличения расстояния от человека до заземлителя и достигает максимального значения для случая, когда человек находится на расстоянии более 20…30 м от заземлителя. В этом случае потенциал ног человека φ_нч = 0 и U_пр = I_зм · R_T, т. е. U_пр = φ_T1.

При изменении расстояния L_T от 0 до 20…30 м напряжение прикосновения U_пр изменяется по гиперболическому закону (рис. 19).

Рис. 19. Изменение напряжения прикосновения в зависимости

от расстояния человека до заземлителя

Шаговое напряжение (напряжение шага)

Человек, попавший в зону растекания тока, оказывается под разностью потенциалов или под «шаговым напряжением», и ток проходит через тело человека по пути «нога – нога». Это происходит вследствие того, что разные точки «земли», которых касаются ноги человека (рис. 14, б), имеют разные потенциалы. Например, левая нога человека, отстоящая от заземлителя на расстоянии х₁, приобретает потенциал

φ_л = I_зм · ρ / 2πх₁,

а правая нога соответственно приобретает потенциал, равный

φ_п = I_зм · ρ / 2π (х₁ + а),

где а – ширина шага человека, м.

Разность потенциалов или напряжение, под которым могут оказаться ноги человека, называется «шаговым напряжением» или «напряжением шага» U_ш. Из рис. 14, б видим, что

U_ш = φ_л – φ_п = U_x1 – U(х₁ – a) = I_зм · ρ · а / 2πх₁ (х₁ + а)

или

U_ш = I_зм · ρ · а / 2πх₁ (х₁ + а),

где I_зм – ток замыкания, А; ρ – удельное сопротивление грунта, Ом · м; х₁ – расстояние до точки соприкосновения ноги человека с «землей»; а – ширина шага человека (при расчетах ширина шага человека принимается равной 1 м).

Примечание. Шаговое напряжение или напряжение шага – напряжение между двумя точками на поверхности «локальной земли» или проводящего пола, находящимися на расстоянии 1 м одна от другой, которое рассматривается как длина шага человека (ПУЭ, п. 1.7.25).

Из рис. 14 видно, что «шаговое напряжение» зависит от ширины шага «а» и расстояния до места замыкания на «землю». По мере удаления от заземлителя или упавшего на землю провода «напряжение шага» уменьшается и на расстоянии более 20 м оно практически равно нулю.

Следовательно, человек, попавший в зону растекания тока, может оказаться под разностью потенциалов (под напряжением), даже не касаясь руками каких-либо частей электроустановки или оборвавшегося и замкнутого на «землю» электропровода, и ток будет проходить по пути «нога – нога».

Действие шагового напряжения на человека. Из кривой уменьшения потенциалов в случае растекания токов в «земле» (рис. 14, б) видно, что «напряжение шага» уменьшается по мере удаления от заземлителя и увеличивается по мере приближения к нему.

При больших токах замыкания на «землю» шаговые напряжения могут достигать опасных для жизни человека величин. При попадании человека под «напряжение шага» порядка 100 В и выше у человека могут наступить судороги ног, он может упасть на «землю», и тогда ток потечет по пути «руки – ноги», т. е. имеет место замыкание тока через тело человека. В этом случае ток будет проходить через легкие и сердце человека. В результате тело человека замыкает точки с большой разностью потенциалов, так как расстояние между точками прикосновения увеличивается до размеров роста человека – увеличение ширины шага «а». Поэтому в случаях обнаружения упавшего на «землю» электропровода не следует приближаться к месту замыкания ближе 6…7 м, а в закрытых помещениях не разрешается приближаться к упавшим проводам на расстояние ближе 4…5 м.

Примечание. Выходить из зоны растекания токов или выносить пострадавших можно передвигаясь только очень короткими шагами, чтобы не увеличивать шаговое напряжение и устранить вероятность поражения человека шаговым напряжением.

Оценка эффективности токовой защиты электроустановок

с напряжением до 1000 В

Для обеспечения токовой защиты в случаях замыкания токонесущих проводов на корпус электроустановки необходимо использовать плавкие вставки (предохранители) или автоматические выключатели.

В целях обеспечения автоматического отключения электроустановок напряжением до 1000 В все открытые проводящие части установок должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания в 3-фазных сетях переменного тока, если применена система с занулением проводящих частей электроустановки (система ТN). Если используется 4-проводная сеть с нулевым проводом (система IT или ТТ), проводящие части электроустановок должны быть заземлены.

Характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников обеспечивают время срабатывания системы защиты (время отключения) поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом в соответствии с номинальным фазным напряжением источника питания.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В для обеспечения автоматического отключения аварийного участка нулевые защитные проводники должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы при замыкании фазы на корпус в нулевом проводнике возникал ток короткого замыкания I_кз, превышающий не меньше чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя, устройства автоматического отключения, т. е. I_кз 3 I_{ном FU}.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими электромагнитный расцепитель (отсечку), нулевой защитный проводник должен выбираться с таким расчетом, чтобы в цепи «фаза – нуль» был обеспечен ток короткого замыкания, равный уставке тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным), и на коэффициент запаса, равный 1,1. При отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока короткого замыкания относительно уставки следует принимать равным 1,4. Для автоматов с номинальным током более 100 А коэффициент принимается равным 1,25.

Примечание. Полная проводимость нулевых защитных проводников должна быть не менее 50% проводимости фазного провода.

В системе с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом N (система TN) время автоматического срабатывания не должно превышать значений, указанных в табл. 2

В 4-проводных сетях 3-фазного переменного тока с изолированной нейтралью и заземленной электроустановкой (система IT) время автоматического отключения питания при двойном замыкании на открытые проводящие части электроустановки должно соответствовать данным, приведенным в табл. 3.

Для расчета токовой защиты по номинальной мощности Р_ном электроустановки в установившемся режиме определяется величина номинального тока I_ном, а величина тока срабатывания предохранителя I_FU выбирается в соответствии с Правилами устройства электроустановок и аппараты защиты имеют кратность:

не более 3 I_ном – для плавкой вставки предохранителя;

не более 4,5 I_ном – для уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку).

Для оценки эффективности токовой защиты необходимо сравнить величину тока срабатывания предохранителя I_FU c током короткого замыкания I_зм заземленной электроустановки, подключенной к 3-фазной сети переменного тока:

система эффективна, если I_зм > 3 I_FU;

система неэффективна, если I_зм < 3 I_FU.

Однофазный ток короткого замыкания I_кз рассчитывается по формуле

I_кз = U_ф / (Z_п + Z_т / 3),

где U_ф – фазное напряжение, В; Z_п – полное сопротивление петли «фаза – нуль» до наиболее удаленной точки сети, Ом; Z_т – полное сопротивление обмотки силового трансформатора, Ом.

Полное сопротивление петли «фаза – нуль» можно рассчитать по формуле

Z_п = Z₀ + L_п,

где Z₀ – полное сопротивление петли, Ом · км; L_п – длина проводов, км.

Примечание. Выбор предохранителей производится с учетом номиналов, выпускаемых промышленностью.

Контрольные вопросы

1. Напряжение прикосновения и причины его возникновения.

2. Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока с заземленной нейтралью и изолированным от «земли» корпусом электроустановки.

3. Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью и заземленным корпусом электроустановки.

4. Зависимость напряжения прикосновения от расстояния между заземлителем и человеком, к которому оно приложено.

5. Зависимость напряжения прикосновения от величины защитного заземления.

6. Шаговое напряжение и причины его возникновения.

7. Зависимость шагового напряжения от токов растекания в «земле».

8. Действие шагового напряжения на человека. Защита человека от напряжения шага.

9. Виды токовой защиты электроустановок с напряжением до 1000 В.

10. Методы расчета токовой защиты электроустановок с напряжением до 1000 В.

ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ. ЗАНУЛЕНИЕ

Назначение и принцип действия защитных заземления и зануления. Во многих случаях причиной поражения человека электрическим током является прикосновение к металлическим частям электроустановок (корпусам электродвигателей, распределительных щитов и прочим, нормально не находящимися под напряжением), которые из-за нарушения изоляции оказываются под напряжением. Такое прикосновение называется косвенным.

Для предотвращения опасности такого поражения используются заземление и зануление.

Заземление – преднамеренное электрическое соединение данной точки системы или установки,