Способы и устройства защиты человека от поражения электрическим током

10.1. Защитные меры в электроустановках

Применение малых напряжений; защитное заземление; зануление; защитное отключение; защита от перехода высшего напряжения на сторону низшего; защита от случайного прикосновения.

10.2. Применение малых напряжений

Опасность поражения электрическим током возрастает с ростом напряжения.

Анализ показал, что при U < 42 В практически не бывает смертельных исходов.

В помещениях с повышенной опасностью допускается использовать U < 42 В (раньше 36 В), в помещениях особо опасных U < 12 В.

В помещениях с повышенной опасностью допускается использовать сетевое напряжение только при обязательном заземлении и занулении оборудования.

Детям после трех лет игрушки с U < 9 В, до трех лет - только механические игрушки.

10.3. Защитное заземление

Область применения - сети напряжением < 1000 В переменного тока - трехфазные трехпроводные с ИН, однофазные двухпроводные сети, изолированные от земли, а также сети постоянного тока с изолированной средней точкой источника. В сетях < 1000 В переменного тока с ЗН. Человек шунтируется Яз и чем меньше его величина, тем меньше ток через человека (рисунок 10.1).

заземление неэффективно.

Рис. 10.1. Защитное заземление в трёхфазной сети с ИН 10.4. Зануление

Зануление - преднамеренное соединение нетоковедущих частей оборудования с нулевым защитным проводом (НЗП).

Применяется в трёхфазных четырех- и пятипроводных сетях с ЗН.

Запрещается использовать зануление в сетях с ИН, т.к. при замыкании фазы на землю всё зануленное оборудование окажется под фазным напряжением.

Принцип действия - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, при котором срабатывает защита (плавкие вставки или автоматы) и отключает поврежденную установку.

Рисунок 10.2. Зануление в трёхфазной четырёхпроводной сети с ЗН

На рис. 10.2 изображена схема защитного зануления. Здесь (1) - корпус защищаемого устройства, (2) - предохранители, Rn - повторный заземлитель. Повторное заземление нулевого провода предотвращает поражение человека при обрыве нулевого провода и замыкании на корпус за местом обрыва. Запрещается ставить в нулевом проводе предохранители, выключатели и другие приборы, нарушающие его целостность.

10.5. Зануление в пятипроводной схеме трёхфазной сети с ЗН

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока.

Для соединения открытых проводящих частей электроустановки с глухозаземлённой нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник.

Нулевым защитным проводником (РЕ - проводник в системе TN - S) называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части электроустановок) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока. Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего и PEN - проводников. Нулевой рабочий проводник (N - проводник в системе TN - S) - проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников, соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора в сетях трехфазного тока. Совмещенный (PEN - проводник в системе TN - С) нулевой защитный и нулевой рабочий проводник - проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника.

Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

Область применения зануления: электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN - S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В); электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом; электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Принцип действия зануления: при замыкании фазного провода на занулённый корпус электроустановки (рис. 10.3) образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение повреждённой электроустановки от питающей сети.

Рисунок 10.3. Принципиальная схема зануления в системе TN - S

Здесь: 1 - корпус электроустановки; 2 - аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R₀ - сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока;Rn~ сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; 1_К - ток КЗ; 1_Н - часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; 1₃ - часть тока КЗ, протекающего через землю - корпус электроустановки; R₀ - сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; R_n - сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника. В качестве максимальной токовой защиты, обеспечивающей быстрое отключение электроустановки в аварийном режиме могут использоваться плавкие предохранители и автоматические выключатели, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой либо контакторы в сочетании с тепловыми реле.

Назначение отдельных элементов схемы зануления. Из рис. 10.3 видно, что для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник, глухое заземление нейтрали источника тока и повторное заземление нулевого защитного проводника. Рассмотрим назначение этих элементов применительно к наиболее распространённым электрическим сетям - трёхфазным переменного тока.

Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления - обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1 кВ, предназначено для снижения напряжения занулённых открытых проводящих частей (а следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до допустимого значения при замыкании фазного провода на землю.

Повторное заземление нулевого защитного проводника практически не влияет на время отключения электроустановки от сети. Однако, при эксплуатации зануления могут возникнуть такие ситуации, когда повторное заземление нулевого защитного проводника необходимо, например, при обрыве нулевого защитного проводника. Повторное заземление рекомендуется выполнять на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления нулевых защитных проводников следует в первую очередь использовать естественные заземлители. Повторному заземлению подвергаются нулевые рабочие провода воздушных линий, которые одновременно используются как нулевые защитные проводники (PEN - проводники). При этом в соответствии с ПУЭ повторные заземления выполняются на концах линий или ответвлений длиной более 200 м.

10.6. Устройства защитного отключения (УЗО)

Устройства защитного отключения (УЗО) обеспечивают быстрое отключение электрической установки или участка сети при возникновении угрозы поражения электрическим током. Основные элементы УЗО: датчик опасности, усилитель сигнала, исполнительный элемент (отключает поврежденный участок), цепь контроля.

Основные требования к УЗО: высокая чувствительность к опасному фактору, малое время срабатывания, селективность (избирательность) отключения, надежность - способность срабатывать во всех случаях появления опасности.

УЗО могут реагировать на: потенциал на корпусе, ток замыкания на землю и т.п. УЗО обычно включает реле-датчик (РД) и реле отключения (РО). Схема УЗО, реагирующего на потенциал на корпусе (РД - реле напряжения) или на ток замыкания на землю (РД - реле тока) представлена на рисунке 10.4. Деление условно, т.к. без U не будет и I.

Для устойчивой работы УЗО необходимо, чтобы t_cp РД было больше t₀Tn РО, чтобы уверенно разорвалась цепь самоблокировки РО.

При одновременном использовании УЗО и защитного заземления они должны использовать разные заземлители, мало влияющие друг на друга.

Рисунок 10.4. Схема устройства защитного отключения

Контрольные вопросы: 1. Как происходит явление стекания тока в землю? 2. Что такое шаговое напряжение и напряжение прикосновения? 3. Применение зануления в пятипроводной схеме трехфазной сети с ЗН. 4. Как объяснить действие защитного заземления? 5. Какие защитные меры применяются в электроустановках? 6. Объяснить принцип действия устройства защитного отключения (УЗО).