Online Electric

     Настоящие исследования направлены на повышение уровня электробезопасности персонала при эксплуатации трехфазных электрических сетей напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью.

     Исходя из основного правила защиты от поражения электрическим током в электроустановке при наличии неисправности [2] одной из мер защиты предусматривается автоматическое отключение источника питания при наличии системы выравнивания потенциалов. При этом время отключения устанавливается в зависимости от расчетного напряжения прикосновения [2, п.5.2.4.1], регламентируемого предельно допустимым значением согласно [1] наряду с величиной допустимого тока через тело человека.

     Аналогичные требования безопасности в подобных электроустановках предусмотрены [4, п.1.7.57], где основной мерой защиты персонала от поражения электрическим током при косвенном прикосновении является автоматическое отключение питания.

     Применяемая в настоящее время в производственных электроустановках система заземления TN-C допускает для цели защитного заземления использовать совмещенный PEN-проводник, имеющий неразрывную целостность до источника питания — заземленной нейтрали силового трансформатора.

     Эффективность защитного зануления в основном определяется сопротивлением цепи «фаза-нуль» при замыкании на корпус электроустановки, величина которого должна обеспечивать надежное и быстрое срабатывание отключающих аппаратов. В контуре петли наибольшим сопротивлением обладает нулевой проводник по следующим причинам:

     1. Так как промышленные электроприемники являются в своем большинстве трехфазными симметричными нагрузками, линии питающих и распределительных сетей выполняются четырехпроводными с уменьшенным (по сравнению с фазными) сечением PEN-проводника.

     2. Хотя имеющиеся одно- или двухфазные потребители по возможности распределяют равномерно по фазам сети, всегда остается некоторая доля токов нулевой последовательности, протекающих по PEN-проводнику и вызывающих дополнительный износ контактных соединений.

     3. Контактные соединения PEN-проводников выполняются с повышенными переходными сопротивлениями, обусловленными разными проводниковыми материалами жил проводов, кабелей и нулевых шин вводных и распределительных шкафов.

     Защитное устройство, предназначенное для автоматического отключения питания цепи или электрооборудования, должно обеспечивать защиту от косвенного прикосновения при замыкании токоведущей части на открытую проводящую часть или защитный проводник цепи или электрооборудования таким образом, что время отключения питания должно обеспечивать электробезопасность человека при одновременном прикосновении к проводящим частям, также в случае возможного повышения значений напряжения прикосновения более 50 В переменного тока (действующее значение) и 120 В выпрямленного тока.

     Максимальное время отключения для конечных цепей с расчетным током, не превышающим 32 A, не должно превышать 0,4 с для фазного напряжения от 120 до 230 В.

     В системах TN для распределительных цепей с расчетным током, превышающим 32 А, время отключения ограничивается значением 5 с.

     В системах TN целостность заземления установки зависит от надежного и эффективного присоединения PEN или PE проводников к земле. В тех случаях, когда заземление предусмотрено от общественной или другой системы питания, соответствие с необходимыми условиями, внешними к установке, являются ответственностью оператора сети питания.

     Полное сопротивление цепи «фаза-нуль» должно удовлетворять условию:

     где Z_S — полное сопротивление цепи «фаза-нуль»;

     U_Н — номинальное напряжение между фазой и землей;

     I_К — номинальный ток короткого замыкания, вызывающий срабатывание защитного устройства.

     В полное сопротивление цепи «фаза-нуль» входят сопротивления: обмотки силового трансформатора, фазного провода, нулевого рабочего провода, контактов автоматов, пускателей и т.д.

     По измеренному полному сопротивлению цепи «фаза-нуль» определяется ток однофазного короткого замыкания. С помощью времятоковой характеристики защитного аппарата по полученной расчетом величине этого тока определяется время срабатывания защитного аппарата.

     Ток должен иметь определенную кратность по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя или электромагнитного расцепителя автоматического выключателя согласно [4, п.п.1.7.79. и 7.3.139].

     Для расчета тока через тело человека при определенном напряжении прикосновения следует воспользоваться зависимостью, приведенной в графическом виде [1]. Для удобства расчета можно использовать аналитическое выражение этой зависимости, аппроксимация которой приведена на рис.1.

Рис.1. Аппроксимация зависимости сопротивления тела человека от величины напряжения прикосновения

     Зависимость сопротивления тела человека от величины напряжения прикосновения с помощью анализа данных пакета MS-Office Excel может быть описана степенной функцией при достоверности аппроксимации R²=0,9842:

     Ток через тело человека рассчитывается: I_чел=U_прик/R_чел.

     Данная методика предназначена для оценки времени срабатывания автоматического отключения питания при повреждении изоляции с целью предотвращения появления недопустимого значения напряжения прикосновения на корпусах электрооборудования.

     Для выполнения измерения цепи «фаза—нуль» применяют следующие методы:

     — падения напряжения отключённой цепи;

     — падения напряжения на нагрузочном сопротивлении (является наиболее распространенным, так как является наиболее безопасным, экономичным по времени и весьма удобным по реализации);

     — способом короткого замыкания в цепи.

     В настоящее время на практике наиболее распространенными являются следующие три способа проверки срабатывания автоматического отключения питания:

     1. Измерение сопротивления цепи «фаза-нуль» прибором М-417 (данный прибор считается морально устаревшим).

     2. Непосредственное измерение тока к.з. приборами Щ-41160, ЭКО604, ЭКО200, ЦКО220.

     3. Измерение сопротивления цепи «фаза-нуль» и автоматическое вычисление тока к.з. прибором МZС-300.

     Преимуществом второго способа является более точные и достоверные результаты измерения при искусственном к.з. в контролируемой цепи.

     Выполнение исследований производится в следующем порядке.

     1. Для исследуемого объекта составляется (или уточняется существующая) схема электроснабжения потребителей, на которой должны быть отражены следующие сведения:

     1.1. Характеристика источника питания объекта — трансформаторной подстанции (тип и паспортные данные силовых трансформаторов, сопротивление заземляющего контура, паспортные данные коммутационно-защитных аппаратов).

     1.2. Характеристика питающей линии 0,38 кВ — марка кабеля, длина, сечение фазных и нулевой жил, условия прокладки.

     1.3. Характеристика пункта питания объекта (ВУ, ВРУ — марка шкафа, паспортные данные коммутационно-защитных аппаратов, способ присоединения PEN-проводника питающего кабеля к нулевой шине шкафа ВРУ, наличие и сопротивление повторного заземляющего устройства).

     1.4. Схема питающей и распределительных сетей питания силовых электроприемников с указанием марок и сечений кабелей и проводов.

     1.5. Характеристики силовых шкафов групповых присоединений — марки шкафов, паспортные данные коммутационно-защитных аппаратов, способ присоединения PEN-проводника питающего кабеля к нулевой шине шкафа, наличие и способ присоединения корпусов шкафов к сети заземления помещения.

     2. По составленной схеме электрической сети определяются места наиболее вероятного прикосновения персонала к заземленным (зануленным) проводящим частям электрооборудования. К ним относят в первую очередь корпуса силовых питающих и распределительных шкафов, проводящие части технологического оборудования с встроенными электроприводами и т.п. Как наиболее опасные отмечаются корпуса зануленного оборудования, максимально удаленного от повторного заземлителя (при его наличии).

     3. Для выбранных точек схемы по методике, указанной в [3] рассчитываются величины токов однофазного короткого замыкания.

     4. Значения напряжения прикосновения в точках схемы, выбранных в п.1, определяются экспериментально с учетом требований, изложенных в [1].

     5. Для аппарата защиты, установленного перед каждой точкой, по время-токовым характеристикам находится время срабатывания в зависимости от тока однофазного короткого замыкания.

     6. По зависимости сопротивления тела человека от величины напряжения прикосновения, указанной в [1], определяется значение сопротивления тела человека и рассчитывается ток через него: I_чел=U_прик/R_чел.

     7. По [1, табл.2] определяются предельно допустимые значения напряжения прикосновения и тока для интервала времени, не превышающего найденное время срабатывания аппарата защиты.

     8. Рассчитанные для данной точки значения тока через тело человека и напряжение прикосновения сравниваются с соответствующими предельно допустимыми значениями и делается вывод о соответствии или несоответствии времени срабатывания защитного аппарата требованиям электробезопасности.

     Выводы.

     1. Данная методика основывается на непосредственных измерениях контролируемых величин, определяющих уровень электробезопасности.

     2. При измерении величины тока однофазного короткого замыкания или сопротивления цепи «фаза-нуль» в целях повышения точности и достоверности результатов предпочтительнее применять приборы и методы, создающие искусственное короткое замыкание.

     3. Оценка условий электробезопасности при эксплуатации данной сети должна быть согласована с проверкой работоспособности защитных аппаратов при аварийных режимах.

     1. ГОСТ 12.1.038–82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов (с Изм. № 1). — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001.

     2. ГОСТ Р МЭК 61140-2000. Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности, обеспечиваемой электрооборудованием и электроустановками в их взаимосвязи. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2003.

     3. ГОСТ 28249–93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001.

     4. Правила устройства электроустановок [Текст]: утв. Приказом Минэнерго России от 20 июня 2003 г. № 242 / М-во энергетики Российской Федерации. — 7-е изд. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.