Захисні засоби захисту при аварійному стані електроустановок.

Захисне заземлення – навмисне електричне з’днання металевих частин електрообладнання з землею за допомогою заземлюючих електродів чи заземлюючого захисного контуру.

Рис. 4. Захисне заземлення.

Принцип дії заземлення – розтікання струму в землю.

Відповідно до ПУЭ захисне заземлення виконується у таких випадках:

– для всіх ЕУ – за номінальної напруги 380 В і вище змінного струму та 440 В і вище постійного струму;

– для ЕУ, розміщених у приміщеннях з підвищеною і особливою небезпекою та поза приміщеннями – за номінальної напруги понад 42 В змінного струму і понад 110 В постійного струму;

– для вибухонебезпечних ЕУ – за будь-якої напруги змінного чи постійного струму.

Призначенням захисного заземлення є захист від напруги дотику, тобто від напруги на корпусі електроустановки (в разі пошкодження робочої ізоляції і переходу напруги на металевий корпус) відносно землі.

Конструктивно заземлювальні пристрої – це сукупність заземлювача та заземлювальних провідників. Заземлювач – це металоконструкція, яка розміщена в грунті і має з ним хороший електроконтакт. Заземлювачі поділяють на натуральні та штучні. Натуральні заземлювачі – це металоконструкції в грунті, які мають з ним хороший контакт, виконують будівельні або технологічні функції і паралельно застосовуються для заземлення. ПУЭ передбачають в першу чергу використовувати натуральні заземлювачі. Штучні заземлювачі – це спеціально виконані і призначені виключно для заземлення металеві конструкції в грунті. Заземлювальний провідник – це провідниик, що з’єднує корпус електроприймача з заземлювачем. Заземлювальний провідник, що має два або більше відгалужень, називається магістраллю заземлення. Як заземлювальні провідники використовують ті самі конструкції, що й для горизонтальних електродів.

Заземлення не є надійним засобом захисту, бо не забезпечує відключення ушкодженої фази засобами захисту (легкоплавкі вставки в запобіжниках, теплові реле, автомати).

Занулення в електроустановках. Оскільки в мережах напругою до 1 кВ із заземленою нейтраллю захисне заземлення не є ефективною мірою захисту, в таких мережах використовують занулення, тобто з’єднання металевих корпусів ЕУ з нульовим проводом трифазної мережі із заземленою нейтраллю (рис. 5), з заземленим полюсом в однофазних мережах та із заземленою середньою точкою в мережах постійного струму.

Рис. 5. Схема занулення

Зап – запобіжник;

Ікз – струм однофазного короткого замикання;

Із – струм замикання на повторне заземлення

 

Згідно з ПУЭ занулення в ЕУ виконують у тих самих випадках, що й захисні заземлення.

Принцип захисту занулення – перетворення замикання фази на корпус в однофазне коротке замикання між ушкодженою фазою та нульовим робочим проводом внаслідок чого збільшується сила струму короткого замикання яка і викликає спрацювання систем захисту, автоматичного відключення ушкодженої фази.

Система занулення вимагає обов’язкового додаткового заземлення нульового робочого проводу на випадок його обриву.

Елементами схеми занулення є нульовий провід мережі, пристрій максимального струмового захисту, робоче заземлення нейтралі ДЖ і повторне заземлення нульового проводу.

Призначення елементів схеми занулення:

– нульовий провід призначений для перетворення замикання фази на корпус в однофазне коротке замикання;

– пристрій максимального струмового захисту служить для вимкнення аварійної ЕУ;

– робоче заземлення нейтралі мережі зменшує напругу нульового проводу і корпусів ЕУ відносно землі за час протікання струму короткого замикання, тобто спрацьовування захисту;

– повторне заземлення нульового проводу (рис. 5), що виконується на певній відстані від ДЖ, дозволяє ще більше знизити напругу нульового проводу відносно землі за справної мережі і забезпечити деякий ступінь захисту в разі обриву нульового проводу між точкою з’єднання корпуса і ДЖ, як це показано на рис. 5.

Захисне відключення.

Це швидкодіючий захист, який забезпечує відключення ушкодженої фази чи у випадку доторкання людини до фазного проводу, чи одночасне включення до фазної напруги. При використанні ПЗВ (пристрій захисного відключення) нульовий провід служить тільки як робочий для живлення однофазних споживачів, але не для занулення. Для занулення слід підключити нульовий захисний провідник. Металеві корпуси електрообладнання та різних комунікацій, які можуть опинитися під напругою внаслідок псування ізоляції заземлюються. Вводимо нове поняття – струм витоку (розтікання). Коли людина стоїть на струмопровідній підлозі і доторкається до струмоведучих частин чи фази виникає замкнуте електричне коло витоку, яке включає фазу, тіло людини, землю чи заземлюючі пристрої трансформатора та тіла людини. Паралельно цьому протікає струм через тіло людини та нульовий робочий провід. Коло електричного струму витоку утворюється при звичайному замиканні на корпус, а також при одночасному доторканні людини до фази і заземлення металевих корпусів обладнання.

Таким чином, струмом витоку є струм, який протікає по заземленій ділянці кола, яка є паралельною нульовому робочому проводу.

Принцип дії захисного відключення полягає в миттєвому спрацюванні систем захисту при виникненні різниці алгебраїчної суми миттєвих значень струмів у фазному та нульовому робочому проводах, викликаний появою струму витоку.

Теорія розтікання струму в землю.

При доторканні струмоведучих частин до землі (при обриві проводу) в місці дотику електрода до землі утворюється поле розтікання струму, яке теоретично діє безмежно, а на практиці – в радіусі 20 м. При попаданні людини, тварини в поле розтікання струму вона принаймні двома точками доторкається до землі. Між цими точками утворюється різниця потенціалів, при збільшенні відстані між точками збільшується різниця потенціалів та величина прикладеної напруги. На практиці встановлено, що 50-80 см в колі розтікання струму є небезпечною, а ця відстань дорівнює довжині кроку, тому явище розтікання струму в землю називають кроковою напругою.

Подвійна ізоляція. Термін «подвійна ізоляція» означає виконання корпусів ЕУ з ізоляційних матеріалів. Захисна дія полягає у неможливості переходу напруги на корпус ЕУ в разі ушкодження робочої ізоляції і ураження людини напругою дотику. Область застосування ЕУ з подвійною ізоляцією обмежена у зв’язку з недоліками, притаманними пластмасі: недостатня механічна міцність, нетехнологічність, ненадійність з’єднань з металом. Нині з подвійною ізоляцією виготовляють арматуру електропроводок (вилки, розетки та ін), вимірювальні прилади, ручні електрифіковані інструменти та інші ЕУ.

 

2. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ:

1. Складіть розрахункову таблицю на зразок таблиці 2.

2. Впишіть номер варіанту і вихідні дані за ним у відповідні графи таблиці.

3. Розрахуйте силу струму, що протікає через людину, під час двофазного дотику. Розрахунок слід виконати, використовуючи формулу 3. У цьому випадку як опір кола людини слід приймати опір тіла людини, тобто R_л = R_т.л. розрахункова формула буде мати вигляд І_л = U_л / R_т.л.

4. Розрахуйте силу струму, що протікає через людину, у разі дотику до фазного і нульового проводів. Розрахунок слід виконувати згідно з формулою 4. У цьому випадку як опір кола людини слід також приймати опір тіла людини, тобто R_л = R_т.л. і розрахункова формула буде мати вигляд І_л = U_ф / R_т.л.

5. Розрахуйте силу струму, що протікає через людину, під час однофазного дотику. Розрахунок слід виконувати згідно з формулою 2. У цьому випадку як опір кола людини слід приймати суму опорів тіла людини, взуття і підлоги, і розрахункова формула матиме вигляд:

- для бетонної підлоги: І_л = U_ф / (R_т.л.+ R_вз+ R_п1);

- для дерев'яної вологої підлоги: І_л = U_ф / (R_т.л.+ R_вз+ R_п2);

- для дерев'яної сухої підлоги: І_л = U_ф / (R_т.л.+ R_вз+ R_п3);

- для лінолеумної підлоги: І_л = U_ф / (R_т.л.+ R_вз+ R_п4);

6. Усі розраховані дані занесіть у відповідні графи таблиці.

7. Для кожного розглянутого випадку дотику людини до

струмовідних частин визначте, яку дію викликають розраховані сили струмів щодо порогових значень (згідно з табл. 1 додатка).

8. Визначте допустимий час перебування людини під дією струмів розрахованої сили (згідно з табл. 2 додатка, допустимий час визначте шляхом інтерполяції).

9. Розгляньте схеми, для яких визначено розрахункові сили струмів (див. рис.2).

10. Зробіть висновки щодо найнебезпечнішої і найбезпечнішої схем дотику людини до струмовідних частин.

11. За величиною сили струму, що протікає через людину під час однофазного дотику, зробіть висновки щодо найбільш небезпечної та найбільш безпечної підлог, на яких стоїть людина.

12. Відповісти на контрольні запитання.

13. Оформити звіт по роботі.

Таблиця 1.

 

Вихідні дані

 

Варіант	Опір тіла людини, Rт.л., Ом	Опір взуття, Rвз, Ом	Опір підлоги, Rп, Ом
бетонної, Rп1	дерев’яної вологої, Rп2	дерев’яної сухої, Rп3	лінолеумної, Rп4
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.

 

 

Таблиця 2.

Приклад виконання завдання

 

Номер варіанту	...
Вихідні дані за варіантом згідно таблиці 1
Лінійна напруга мережі, Uл, В
Фазна напруга мережі, Uф, В
Опір тіла людини, Rт.л., Ом
Опір взуття, Rвз, Ом
Опір підлоги: - бетонної, Rп1, Ом - дерев’яної вологої, Rп2, Ом - дерев’яної сухої, Rп3, Ом - лінолеумної, Rп4, Ом
Двофазний дотик
Сила струму Іл, А	380/960=0,396
Дія щодо порогових струмів	майже у 4 рази перевищує пороговий фібриляційний струм
Допустима тривалість дії, с	0,14
Дотик до фазного і нульового проводів
Сила струму Іл, А	220/960=0,229
Дія щодо порогових струмів	у 2,3 рази перевищує пороговий фібриляційний струм
Допустима тривалість дії, с	0,24
Однофазні дотики:
а) бетонна підлога
Сила струму Іл, А	220/(960+420+500)=0,117
Дія щодо порогових струмів	на 17 мА перевищує пороговий фібриляційний струм
Допустима тривалість дії, с	0,43
б) дерев’яна волога підлога
Сила струму Іл, А	220/(960+420+2200)=0,061
Дія щодо порогових струмів	менший від порогового фібриляційного, але більший за пороговий невідпускаючий струм
Допустима тривалість дії, с	0,84
в) дерев’яна суха підлога
Сила струму Іл, А	220/(960+420+4800)=0,036
Дія щодо порогових струмів	менший від порогового фібриляційного, але більший за пороговий невідпускаючий струм
Допустима тривалість дії, с	близько 1
г) лінолеумна підлога
Сила струму Іл, А	220/(960+420+6300)=0,028
Дія щодо порогових струмів	менший від порогового фібриляційного, але більший за пороговий невідпускаючий струм
Допустима тривалість дії, с	близько 1

Висновки:

1. Найнебезпечнішим є двофазний дотик.

2. Найменш небезпечним є однофазні дотики, особливо з лінолеумною підлогою.

3. Найнебезпечнішою під час однофазного дотику є бетонна підлога.

4. Найменш небезпечною під час однофазного дотику є лінолеумна підлога.

 

................................................................................................................................................................

Додаток