Ток, протекающий через место замыкания на землю и через емкостное и активное сопротивления изоляции неповрежденных фаз (т. е. при изолированных нейтралях), называется током однофазного замыкания на землю. Величина этого тока зависит от сопротивления изоляции сети. При нормальной работе изолированная нейтраль источника питания сети практически не имеет напряжения – трехфазная сеть работает в симметричном режиме. Напряжения фаз относительно земли (т. е. относительно точки О) равны фазным напряжениям ОА, ОВ, ОС (рис. 1б).
Как только произошло замыкание на землю на одной фазе или к ней случайно прикоснулся человек, симметрия нарушается. Нейтраль источника питания оказывается под напряжением относительно земли, равным вектору ОО′ (рис. 1в). Напряжение фазы А относительно земли уменьшится до величины, равной вектору О′А. При глухом замыкании фазы А на землю величина напряжения нейтрали относительно земли может достичь величины, близкой к фазному, и стать равной вектору ОО′ (рис. 1 г). При этом напряжение фазы А относительно земли станет незначительным, напряжения неповрежденных фаз относительно земли – близкими к линейному напряжению, а линейные напряжения останутся без изменения: векторы АС и АВ.
Рис. 1. Защитное заземление в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В:
а – принципиальная схема защитного заземления:
1 – болт заземления (корпус), 2 – заземляющий проводник, 3 – заземлитель;
б – векторная диаграмма напряжений при симметричной нагрузке; в – векторная диаграмма напряжений при пробое на корпус в момент касания человека (при отсутствии заземления); г – векторная диаграмма напряжений при пробое на корпус в момент касания человека (при наличии заземления).Допустим, что сопротивления изоляции относительно земли всех трех фаз до момента прикосновения были равны между собой. Тогда, если человек коснется фазы А, через его тело будет проходить ток по цепи: фаза А – тело человека – земля – проводимость фаз С и В. Симметрия трехфазной сети нарушится. Ток, проходящий через тело человека, равен
где
Uф фазное напряжение,
Rиз – сопротивление изоляции сети.
Например, если сопротивление изоляции в трехфазной сети Rиз = 300 000 Ом, сопротивление тела человека Rчел= 1000 Ом, то человек, прикоснувшись к корпусу незаземленного электродвигателя, у которого повреждена изоляция, окажется под напряжением. Ток, протекающий через его тело, будет равен
При низком сопротивлении изоляции сети, например при Rиз = 3000 Ом,
Ток такой величины очень опасен. Как видно из примера, с ухудшением изоляции сети величина тока, проходящего через тело человека, возрастает, опасность поражения увеличивается.
В Правилах устройства электроустановок нормируется сопротивление изоляции относительно земли на одном участке фазного провода между отключающими аппаратами. Оно должно быть Rиз ≥ 500 000 Ом.
Особенно опасно двойное замыкание, при котором человек может оказаться под линейным напряжением.
Если человек окажется в зоне растекания тока и будет стоять на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах, где расположены ступни ног, то по длине шага возникает напряжение шага Uш, соответствующее разности этих потенциалов. Через тело человека будет проходить электрический ток величиной
где Rш – сопротивление растеканию тока в земле от одной ноги до другой, Ом. Это сопротивление зависит в основном от удельного сопротивления поверхности земли, от площади ступней ног и длины шага. Напряжение шага Uш будет тем меньше, чем меньше длина шага. Если человек стоит на линии равного потенциала, то напряжение шага не возникает [11] .
6.3. Общие требования к электроустановкам для обеспечения безопасности эксплуатации
По ГОСТу 12.1.019-79 «ССБТ. Электробезопасность. Общие требования» электробезопасность должна обеспечиваться конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями.
При определении технических способов и средств защиты, обеспечивающих электробезопасность, необходимо учитывать следующие факторы:
✓ номинальное напряжение, род и частоту тока электроустановки;
✓ способ электроснабжения (от стационарной сети, от автономного источника питания электроэнергией);
✓ режим нейтрали (средней точки) источника питания электроэнергией (изолированная, заземленная нейтраль);
✓ условия внешней среды (с повышенной опасностью, особо опасные и без повышенной опасности).
По ГОСТу 12.1.013-78 предусмотрена классификация условий работ по степени электробезопасности с учетом условий внешней среды:
1) условия с повышенной опасностью поражения людей электрическим током:
✓ наличие влажности (пары или конденсирующаяся влага выделяются в виде мелких капель и относительная влажность воздуха превышает 75 %;
✓ наличие проводящей пыли (технологическая или другая пыль, оседая на проводах, проникая внутрь машин и аппаратов и отлагаясь на электроустановках, ухудшает условия охлаждения и изоляции, но не вызывает опасность пожара или взрыва);
✓ наличие токопроводящих оснований (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных);
✓ повышенная температура (независимо от времени года и различных тепловых излучений температура длительно превышает 35 °C, кратковременно 40 °C);
✓ возможность одновременного прикосновения человека к соединенным с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой;
2) особо опасные условия поражения людей электрическим током:
✓ сырость (дождь, снег, частое опрыскивание и покрытие влагой потолка,
пола, стен, предметов, находящихся внутри помещения);
✓ химически активная среда;
✓ наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности;
3) условия без повышенной опасности поражения людей электрическим током: отсутствие факторов, создающих повышенную или особую опасность.
6.4. Технические способы и средства защиты от поражения электрическим током
Электроустановки — это совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.
Конструкция электроустановок должна удовлетворять требованиям ПУЭ в соответствии с ее назначением.
Для обеспечения безопасности неэлектротехнического и технического персонала, обслуживающего электроустановки, используются как отдельные защитные средства и способы, так и их сочетания, т. е. система защиты.
При выборе и расчете соответствующих средств и мер защиты применительно к своему объекту следует исходить из требований стандартов, Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭ), Правил по технике безопасности.
Технические способы и средства защиты от поражения током:
✓ изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);
✓ защитное заземление, зануление;
✓ выравнивание потенциалов;
✓ малое напряжение;
✓ электрическое разделение сетей;
✓ защитное отключение;
✓ оградительные устройства;
✓ предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности и средства защиты и предохранительные приспособления.
Электроэнергия на предприятие подается через распределительное устройство (главный щит) и распределительные щиты, которые размещаются в специальном помещении, удовлетворяющем противопожарным требованиям и недоступном для посторонних лиц.
Распределительная и пусковая аппаратура, находящаяся вне электрощитовой, должна быть защищена от случайного прикосновения, а также от проникновения в нее влаги и пыли с помощью кожухов, коробов, шкафов из несгораемого материала. В помещениях без повышенной опасности допускается монтировать щитки без кожуха на высоте не менее 2,5 м от |пола.
Распределительные и пусковые устройства должны иметь надписи, объясняющие их назначение.
В качестве включающей аппаратуры на предприятиях применяют воздушные рубильники, кнопочные включатели и магнитные пускатели. Рубильники устанавливают на специальных щитах и ограждают металлическим кожухом, рукоятка которого выполняется из неэлектропроводного материала. Кнопочные пускатели устанавливаются непосредственно на машине или поблизости от нее на щитке, они обычно связаны с магнитными пускателями.
Надежность работы электрооборудования зависит прежде всего от состояния изоляции токоведущих частей. Повреждение ее служит основным источником и причиной многих несчастных случаев.
В соответствии с требованиями ПТЭЭ надлежит проверять сопротивление изоляции пускорегулирующих устройств, контакторов, магнитных пускателей, автоматов, связанных с пусковыми схемами электродвигателей. Сопротивление изоляции проверяется мегомметром на 1000 и 2500 В. В электроустановках напряжением до 1000 В изоляция считается удовлетворительной, если ее сопротивление на участке сети между двумя предохранителями составляет не менее 0,5 МОм. Проверку сопротивления изоляции в помещениях с повышенной опасностью производят 1 раз в год, а в помещениях особо опасных – не реже 2 раз в год. Результаты инструментальных замеров сопротивлений электроизоляции отражают в протоколах.
При полном или частичном повреждении электрической изоляции оборудования на нем возникает опасное напряжение относительно земли, причем напряжение возникает на всей системе металлически связанных между собой корпусов, кожухов и конструкций.
Для защиты электроустановок от токовых перегрузок и токов короткого замыкания применяются плавкие предохранители и тепловые реле, которые при увеличении тока способны перегорать, тем самым прерывая электрическую цепь, или отключать аппарат.
Замену предохранителей под напряжением проводят, используя защитные средства: диэлектрические перчатки, очки, средства изоляции от пола, клещи.