Защитные меры при аварийных ситуациях в электроустановках

Средствами защиты человека от поражения электрическим током при аварийном режиме электроустановки являются:

• защитное заземление;

• зануление;

• защитное отключение;

• выравнивание потенциалов.

Цель защитного заземления заключается в устранении опасности поражения током в случае прикосновения к конструктивным токоведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением, путем преднамеренного электрического соединения их с землей или ее эквивалентом (рис. 3.6.).Принцип действия защитного заземления заключается в снижении напряжения прикосновения до малого значения.

 

 

Принципиальная схема защитного заземления

Из схемы цепи однофазного замыкания на корпус электродвигателя следует, что сопротивление тела человека и заземлителя параллельны. По первому закону Кирхгофа в разветвленной электрической цепи сила тока, протекающего к месту соединения нескольких сопротивлений, равна сумме токов, уходящих из него. Для уменьшения тока, проходящего через тело человека, сопротивление заземлителя R_з должно иметь минимальное значение – его величина не должна превышать 4 Ом. Поэтому ток замыкания I_з в основном пойдет по цепи системы заземления R_з. Сила тока I_h, проходящего через тело человека, в этом случае определяется по формуле:

 

 

где I_з – ток замыкания на землю, А;

R_з – сопротивление системы заземления, Ом;

R_h – сопротивление электрическому току человека, Ом.

 

 

 

 

Однофазная схема замещения защитного заземления

 

Физическая сущность зануления заключается в возникновении тока короткого замыкания между нулевым проводом и поврежденной фазой. Ток короткого замыкания может достигать сотен ампер, в результате плавкая вставка расплавляется или отключается тепловое реле и система отключается. Нулевым защитным проводником называют проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой источника тока. Основное требование безопасности к занулению заключается в уменьшении длительности отключения замыкания. Оно должно быть не более долей секунды.

Принципиальная схема зануления:

1 – корпус электроприемника;

2 – аппараты защиты;

R₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока;

R_П – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;

I_Н - часть тока короткого замыкания, протекающая через нулевой проводник;

I_К - ток короткого замыкания;

I_З – часть тока короткого замыкания, протекающая через землю.

Так как время срабатывания плавких вставок предохранителей и тепловых расцепителей автоматов обратно пропорционально току, то малое время срабатывания возможно при большом токе. Каждый отключающий аппарат имеет свою заводскую токовременную характеристику. Так, предохранитель срабатывает за 0,1с, если ток короткого замыкания превысит его уставку (значение входной величины тока) в 10 раз и за 0,2с – в 3 раза. Время отключения предохранителя резко возрастает до 9-10с при небольшом токе короткого замыкания (в 1,3 раза). По условиям безопасности такая система зануления недопустима.

Для надежного и быстрого отключения электроустановки, находящейся в аварийном состоянии необходимо, чтобы ток короткого замыкания (I_к.з.) превосходит ток установки отключающего аппарата по условию:

 

где I_ном – номинальный ток плавкой вставки или автомата, А;

к – коэффициент, означающий кратность тока короткого замыкания относительно тока плавкой вставки.

Коэффициент кратности тока короткого замыкания в помещениях с нормальными условиями окружающей среды при защите предохранителями или автоматами с тепловым расцепителем должен быть к ³ 3; для автоматов с электромагнитным расцепителем - к ³ 1,4; для прочих автоматов - к ³ 1,25.

Во взрывоопасных помещениях в расчете системы зануления принимают значение к ³ 4 при защите предохранителями и к ³ 6 при защите автоматами.

Защитное отключение – вид защиты от поражения током в электроустановках, обеспечивающей автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети. Длительность отключения поврежденного участка сети должна быть не более 0,2с.

Область применения защитного отключения: дополнение к защитному заземлению или занулению в электрифицированном инструменте; дополнение к занулению для отключения электрооборудования, удаленного от источника питания; мера защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В.

Устройством защитного отключения должны оснащаться не только указанные сооружения, но и все помещения с повышенной или особой опасностью поражения электрическим током, в том числе сауны, души, теплицы с электроподогревом.

На рис. приведена принципиальная схема защитного отключения с помощью реле максимального тока 1. Катушка этого реле с нормально замкнутыми контактами подключается через трансформатор тока 2 или непосредственно в рассечку проводника 3, идущего к отдельному вспомогательному или общему заземлителю 4.

 

 

Схема устройства защитного отключения

1 – реле максимального тока, 2 – трансформатор тока, 3 – заземляющий провод, 4 – заземлитель, 5 – электродвигатель, 6 – контакты пускателя, 7 – блок-контакт, 8 - сердечник пускателя, 9 – рабочая катушка, 10 – кнопка опробования, 11 – вспомогательное сопротивление,

12 и 13 – кнопки останова и включения, 14 – пускатель

Для снижения напряжения прикосновения и напряжения шага при стекании тока с электродов в землю меньше максимально возможной величины используют метод выравнивания потенциалов при контурном расположении электродов относительно заземляемых корпусов электрооборудования. Для этой цели стальные стержни диаметром 50…60 мм и длиной 2,5…3,0 м, из которых выполнены электроды, забивают в грунт вертикально на расстоянии друг от друга 5,0…6,0 м.