Защитни мерки в електрическите инсталации. Защитни мерки при индиректен контакт

Важна мярка за осигуряване на електрическа безопасност на персонала, обслужващ електрическите инсталации, е защитното заземяване или заземяване на метални непроводящи (конструктивни) части на електрически инсталации и електрическо оборудване, които обикновено не са под напрежение, но могат да бъдат под напрежение спрямо земята в аварийни режими (в случай на повреда на изолацията).

Заземяваненаречено умишлено електрическа връзкавсяка точка от мрежата, електрическа инсталация или оборудване със заземително устройство.

Заземяването се разделя на:

1. работно заземяване;
2. защитно заземяване.

PUE дава следните основни определения относно заземяването:

Работно заземяванесе нарича заземяване на точка или точки на тоководещи части на електрическа инсталация, извършено за осигуряване на работата на електрическата инсталация (за осигуряване на правилна работа на инсталацията в нормални и аварийни режими).

Работното заземяване може да се извърши директно или чрез специални устройства(съпротивления, ограничители, реактори и др.)

Защитно заземяванев електрически инсталации с напрежение до 1 kV, умишленото свързване на отворени проводящи части с здраво заземен неутраленгенератор или трансформатор в мрежи трифазен ток, със стабилно заземен източник на изход монофазен ток, със заземена източник точка в мрежите постоянен токизвършвани за целите на електрическата безопасност.

Неутрален защитен проводник- защитен проводник в електрически инсталации до 1 kV, предназначен за свързване на отворени проводящи части към твърдо заземената неутрала на източника на захранване.

Нулев работен (неутрален) проводник (N)- проводник в електрически инсталации до 1 kV, предназначен за захранване на електрически приемници и свързан към твърдо заземен неутрал на генератор или трансформатор в трифазни токови мрежи, с твърдо заземен извод на еднофазен източник на ток.

Устройство за заземяване- комплект заземителни проводници и заземителни проводници.

Заземителен проводник- проводник, свързващ точката на заземяване със заземителния електрод.

Земен електрод - проводяща част или набор от взаимосвързани проводящи части, които са в електрически контакт със земята директно или чрез междинна проводяща среда.

Напрежение на заземяващото устройство - напрежение, което възниква, когато токът тече от заземяващия електрод в земята между точката на вход на тока в заземяващия електрод и зоната на нулев потенциал.

Съпротивление на заземяващото устройство - съотношението на напрежението на заземяващото устройство към тока, протичащ от заземяващия електрод в земята.

Заземяването служи за преобразуване на повреда на рамката в заземяване, за да се намали напрежението в рамката спрямо земята до безопасна стойност.

Защитно заземяване

Главна цел защитно заземяване:

1. елиминиране на риска от нараняване токов ударпри докосване до корпуса или други нетоководещи метални части на електрическата инсталация, които са под напрежение.

Защитното заземяване се използва в трифазни мрежи до 1 kV s изолиран неутралени в мрежи над 1 kV с всеки неутрален режим. Схематичната диаграма на защитното заземяване е показана на фиг. 4.7.

Фиг.4.7. Принципни диаграмизащитно заземяване (а) в мрежа с изолирана неутрала и (б) в мрежа със заземена неутрала.
1 - корпуси за защитно оборудване;
2 - защитен заземителен проводник;
3 - заземен електрод на работното заземяване на неутрала на източника на ток; R3 и Ro - съпротивление на защитно и работно заземяване.

Принципът на действие на защитното заземяване се основава на намаляване на напрежението между захранвания корпус и земята до безопасна стойност.

Нека обясним това с примера на мрежа до 1 kV с изолирана неутрала.

Ако тялото на електрическото оборудване не е заземено и е в контакт с фаза, тогава докосването на такова тяло от човек е равносилно на докосване фазов проводник. В този случай токът, преминаващ през човек, може да се определи по формула (2.5).

При ниско съпротивление на обувките, пода и изолацията на проводника спрямо земята този ток може да достигне опасни стойности.

Ако тялото е заземено, токът, преминаващ през човек, когато R rev= Rn= 0 може да се определи от следния израз:

(4.1)

Този израз се получава, както следва:

от заземен корпус (фиг. 4.8), токът протича в земята през заземяващия електрод ( I z) и чрез човек ( Их). Общият ток се дава от:

Където:
R общ - общо съпротивление на паралелно свързани R zИ R h:

Фиг.4.8. По въпроса за принципа на защитно заземяване в мрежа с изолиран неутрал.

От диаграмата на фиг. 4.8

I h ×R h =I z R z = I общо ×R общо,където ще бъде токът през човешкото тяло:

След като извършихме най-простите трансформации, получаваме израз (4.1).

При ниско R zв сравнение с R hИ R оттози израз опростява:

(4.2)

Където:
R z- съпротивление на заземяване на корпуса, Ohm

При R z= 4 ома, R h= 1000 ома, R от=4500 Ohm, токът през човешкото тяло ще бъде:

Този ток е безопасен за хората.

Напрежението на допир в този случай също ще бъде незначително:

U pr=I h × R h = 0,00058×1000=0,58 V

По-малкото R z- толкова по-добре се използват защитните свойства на защитното заземяване.

По време на работа на електрическо оборудване възниква необходимостта от използване на заземителни устройства. В зависимост от целта може да се използва защитно и работно заземяване. В първия случай се осигурява безопасността на персонала, работещ в електрически инсталации, а във втория случай става дума за нормална операцияустройства в нормален и авариен режим. И двете основания са различни и не могат да се използват заедно. За да разберете по-добре целта и принципа на работа, трябва да разгледате по-отблизо всеки от тях.

Това, което се нарича защитно заземяване

Устройствата за защитно заземяване се правят чрез умишлено електрическо свързване към земята метални части, към които не се подава електрически ток и които могат неочаквано да попаднат под напрежение.

Основната функция на защитното заземяване се счита за надеждна защитахора от токов удар при контакт с метални не тоководещи части, които са под напрежение от различни причиниглавно поради повреда на изолацията.

Защитното заземяване не трябва да се бърка с работа и повторно заземяване, нула защитен проводник. Неговото действие е насочено основно към намаляване на напрежението на стъпка и докосване, генерирано по време на късо съединение към корпуса, до безопасна стойност. Това се постига чрез намаляване на потенциала на заземеното оборудване чрез намаляване на съпротивлението на заземяващото устройство. В същото време се изравняват потенциалите на базата, в която се намира лицето, и самото заземено оборудване.

Защитното заземяване се използва в следните области:

• V, напрежение до 1 kV s.
• В еднофазни двупроводни мрежи променлив ток, изолирани от земята, с напрежение до 1 kV.
• В двупроводни DC мрежи, в които средната точка на намотките на източника на ток е изолирана.
• В AC и DC мрежи с всякакви режими на намотки на източник на ток при напрежение над 1 kV.

Директният контакт със земята или неин еквивалент се осъществява с помощта на заземителни проводници. Те са разделени на два основни типа:

1. Изкуствени заземителни електроди. Използва се само за заземяване. Изработени са от различни стоманени конструкциии не трябва да се боядисват. За защита от корозия, поцинковано покритие, увеличен брой заземителни проводници и специален електрическа защита. В някои случаи като заземителен проводник може да се използва електропроводим бетон.
2. Естествено заземяване. За тази цел се използват електропроводими части от мрежи и комуникации в сгради и конструкции, които са в контакт със земята. Препоръчва се преди всичко електрическите инсталации да бъдат заземени. естествени заземяващи агенти. Трябва да се използват водопроводни и отоплителни системи, конструкции на сгради и конструкции от метал и стоманобетон, релсови релси, оловни кабелни обвивки и др. Не използвайте тръбопроводи, които пренасят запалими течности, газове или смеси.

Какво се нарича работно заземяване?

Работното заземяване се счита за умишленото свързване със земята на определени точки в електрическите вериги. На първо място, това са неутралните точки на намотките на генератора и трансформатора. Като връзки се използват надеждни проводници, както и специално оборудване под формата на предпазители, разрядници, резистори и др.

Основната цел на работното заземяване е да създаде пречки за повреди и къси съединения, да поддържа системата в случай на авария. Под негово влияние има намаление електрическо напрежениев части и части на механизма, които са директно под напрежение. Взети меркипомогнете за локализиране на електрически повреди, отстраняването им и предотвратяване на по-нататъшно разпространение.

В съответствие с правилата за безопасност е забранено комбинирането на защитно и работно заземяване. Това се дължи на факта, че различни токове на смущение, като атмосферни електрически разряди, могат да се наслагват върху токовете, протичащи в еднопроводни вериги. Това може да доведе до нарушения външни отношенияустройства и дори повреда на оборудването. Освен това такива комбинации могат да направят защитата по напрежение неефективна. Кога извънредни ситуациище функционира като работник или изобщо няма да функционира.

Работното съпротивление на земята трябва да бъде не повече от 4 ома. Това ограничение е свързано с големината на напрежението, възникващо спрямо земята при неутрален проводник, по време на протичане на ток на заземяване през работната земя. Това е особено вярно, когато намотката на трансформатора за високо напрежение е късо с намотката за ниско напрежение.

Функционално заземяване.. Защитно заземяване.. Източници на смущения в заземяващите мрежи.. Методи за защита на оборудването от смущения.. Мрежа с изолирана неутрала.. Изолация на галванично захранване.. Изолиращ трансформатор.. Електромагнитна съвместимост на оборудването (EMC).. Функционално заземяване опции.. Реконструкция на съществуващи съоръжения.. Проектиране на нови съоръжения.. Самостоятелно функционално заземяване.. Главна заземителна шина (GZSh).. Функционална заземителна шина (SFZ).. Нулева потенциална зона.. Защитна шина PE.. Функционална шина FE. .Потенциална изравнителна шина .. Функционално съпротивление на заземяване.. Обосновка на проектните решения.. Функционална заземителна кутия..

Функционалното (работно) заземяване се използва за нормалното функциониране на електрическа инсталация или оборудване, т.е. за нормалната им работа, а не за целите на електрическата безопасност, поради което използването му като единствена система за заземяване е строго забранено.

Този тип заземяване може да се комбинира със защитно заземяване или да се извърши в допълнение към него въз основа на изискванията на производителя на оборудването, клиента или нормативни документи.

Защитното заземяване често е източник на пренапрежения и наведени смущения в слаботокови системи автоматично управление, измервателно, информационно или друго чувствително към смущения оборудване, което подтиква към търсене ефективни начинизащита на такова оборудване от различни видове смущения и пренапрежения.

Методи за защита на информационното оборудване от смущения

1. Мрежа с изолирана неутрала. Радикално решение на описаните по-горе проблеми със смущенията на защитното заземяване е използването на галванична изолация от захранването (ИТ мрежа) с отделно заземяване на силовата и измервателната част на системата, което елиминира протичането на смущаващи токове от захранващата земя .
Галваничната изолация може да се извърши с помощта на изолиращ (изолиращ) трансформатор или с помощта на автономни източници на захранване: галванични батериии батерии.

Основната идея за галванична изолациятова ли е в електрическа веригаПътят, по който могат да се предават смущения, е напълно елиминиран. Тъй като в такава мрежа няма галванична връзка между земята, фазата и нулата, не се образува затворен токов контур със земята и докосването на някой от изходите на мощността на изолационния трансформатор е безопасно. Токовете на утечка на земята са микроампери, което е значително по-малко от нивото на тока на безопасност и не представлява заплаха за хората.
Изолационният трансформатор, освен това, е добра защита срещу импулсни и светкавични пренапрежения, което осигурява повече надеждна работасвързано оборудване.
По този начин, висока надеждност, електрическа безопасност и устойчивост на шум на мрежи с изолирана неутрала са техните неоспорими предимства.
По същото време, използване на изолационни трансформатори със системи за наблюдение на изолацията (IMS) изисква доста големи разходии възниква легитимен въпрос за целесъобразността на такива разходи. Тази тема заслужава.

2. Електромагнитна съвместимост на оборудването (EMC).

В повечето случаи повреди и повреди в работата на системите за автоматизация, изчислителната и измервателната техника могат да бъдат избегнати чрез спазване на изискванията електромагнитна съвместимостоборудване и правила за заземяване на такива системи:

Използване на оборудване, което отговаря на изискванията на съответните стандарти за електромагнитна съвместимост (EMC);
Приложение на устройства за защита от пренапрежение в захранващи вериги;
Свързване на метални обвивки на кабели към комбинирана система за изравняване на потенциала;
Разделяне на захранващи и сигнални кабели и правилно изпълнениетехните пресечни точки;
Използване на сигнални и информационни кабели, отговарящи на изискванията на производителя за електромагнитна съвместимост;
Захранващите и сигналните кабели трябва да бъдат отделени от долните проводници на мълниезащитната система минимално разстояниеили чрез екраниране в съответствие с IEC 62305-3.
Микропроцесорните устройства със слаб ток трябва да се захранват от непрекъсваеми захранващи устройства (UPS), които имат мрежови филтри за потискане на шума.
Разширените външни мрежи за електрозахранване трябва да бъдат положени с кабел с екранираща обвивка, свързан към съществуващата верига за защитно заземяване.
Свързването на функционалните и защитните заземителни проводници, за да се изравнят потенциалите между тях, трябва да се извърши в една точка на шината SUP или GZSh - токовете на утечка по PE проводника не трябва да падат върху кабелните екрани.

3. Правилно извършено заземяване. Това е един от основните и достъпни методи за намаляване на импулсния шум и пренапрежението, които водят до неизправности по време на работа на слаботоково микропроцесорно оборудване. Правилното заземяване обикновено решава проблема Оповечето проблеми за намаляване на пренапреженията и смущенията.

4. Изравняване на потенциала между заземяващите устройства за различни целие основното условие за осигуряване на електрическата безопасност на персонала. В помещения, предназначени за работа на оборудване, чувствително към смущения, трябва да се инсталира система за изравняване на потенциала. По вътрешния периметър на сградата трябва да има пръстеновиден свързващ проводник, свързан към главната заземителна шина. Проводниците за изравняване на потенциала на пръстена също трябва да бъдат разположени на всеки етаж. Пример за вътрешна верига на система за изравняване на потенциала около периметъра на сграда е показан в ориз. 1.

Ориз. 1

Опции за функционално заземяване

1. Реконструкция на съществуващи съоръжения. В този случай, поради условията на работа на информационното оборудване, често се изисква нискоомен заземител, който се изпълнява в допълнение към съществуващото защитно заземяване на електрическата инсталация на сградата.
Според PUE 1.7.55 " На първо място трябва да се спазват изискванията за защитно заземяване." С други думи, на първо място трябва да бъде защитата на живота и здравето на хората. Съответно функционалната заземителна шина (FGB) трябва да бъде свързана към защитното заземяване на главната заземителна шина (GGB) на главната система за изравняване на потенциала на електрическата инсталация на сградата, както е показано на ориз. 2.

Тази схема на заземяваневи позволява да осигурите електрическа безопасност в съответствие с изискванията GOST R 50571-4-44-2011 (IEC 60364-4-44), и ПУЕ гл. 1.7при условие че съществуващото защитно заземяване се извършва в пълно съответствие с PUE.
Опитът в реконструкцията на съществуващи съоръжения показва, че почти всички съоръжения, особено тези, които са били в експлоатация от 10 или повече години, показват определени недостатъци в заземяването: корозия на заземителни устройства, неспазване на изискванията за устойчивост на заземяване, неспазване на изискванията за електромагнитна съвместимост...
Ето защо, преди да инсталирате информационно оборудванее необходимо да се извърши проверка на устройствата за защитно заземяване. Проверката на заземяващите устройства включва: външна проверка, отваряне (ако е необходимо) на проводници, разположени в земята, както и набор от измервания на параметрите на заземяващите устройства.
Въз основа на резултатите от измерванетоТрябва да се извърши подходящо количество работа за възстановяване на параметрите на защитното заземяване, което е препоръчително да се комбинира с инсталирането на функционално заземяване и прехода (ако е необходимо) към захранваща система TN-S или TN-C-S.

Функционален заземителен проводник с ниско съпротивлениев този случай е препоръчително да се извърши по "радиална" схема на заземяване, което осигурява стабилна работа на оборудването. В тесни условия е възможно да се използва композитен, дълбоко заземен електрод.

Функционално заземяванеима свои собствени изисквания за съпротивление на заземяване, съответстващи на изискванията на производителя на оборудването или ведомствените стандарти. Например за компютърните технологии и информационните науки, съгл SN 512-78Съпротивлението на заземяване трябва да бъде не повече от 1 Ohm, за високочувствително медицинско оборудване в съответствие с Ръководство за проектиране на SNiP 2.08.02-89– не повече от 2 ома и др.

2. Проектиране на нови съоръжения.

Ориз. 3

При проектирането на нови обекти това става възможноизпълни заземително устройство за повторно защитно заземяване на входа на електрическата инсталация на сградата при необходима функционална устойчивост на заземяване , които трябва да се използват едновременно за всички видове строителни съоръжения.
Схема на заземяващото устройствоповтарящо се защитно заземяване до необходимото функционално съпротивление на заземяване е показано в ориз. 3.
В сградае монтирана основна заземителна шина (GZSh), към която са свързани: заземителен проводник за многократно защитно заземяване, PEN проводник, проводник на системата за изравняване на потенциала, PE шина на захранващата линия в системата TN, заземител за мълниезащитата от 2-ра и 3-та категория, както и автобусно функционално заземяване (ПЗЗ).

Такава схема V напоследъкнамира широко приложение при проектирането на нови съоръжения и съответства на високо нивоелектрическа безопасност.

3. Самостоятелно функционално заземяване. Понякога функционалният заземител трябва да се постави отделно, извън зоната на влияние на естествените и изкуствените заземители на електрическата инсталация на сградата.

Извършване на функционално заземяване, което не е свързано със защитното заземително устройство и основната система за изравняване на потенциала на сградата,трябва да се третира като специален случай,при които трябва да се вземат специални мерки за защита на хората от токов удар, като се изключва възможността за едновременен контакт с части, свързани към системата за изравняване на потенциала на електрическата инсталация на сградата, и с части от оборудване, свързани към независимо заземително устройство за функционално заземяване.

Винаги има възможност за възникване на потенциална разликамежду отделни заземителни системи, ако тези заземителни системи са в зоната с ненулев потенциал. Опасна потенциална разлика може да възникне, например, когато късо съединениевърху корпуса на електрическото оборудване в мрежата TN-S (преди задействане на защитната система), при задействане на мълниезащита (стъпково напрежение), при излагане на външни електромагнитни полета и др.
От гледна точка на електрическата безопасностопция за независимо функционално заземяване (което не е свързано със защитно заземително устройство) е приемливо И m, ако оборудването се захранва от изолационен трансформатор или заземителните превключватели за различни цели са разположени на такова разстояние, че между тях има зона с нулев потенциал. Разстоянието между тези два заземителни проводника трябва да бъде ≥ 20 m.
Повече информацияза географски близки и независими заземителни устройства вижте статиятаДиаграмата на независимото функционално заземяване е показана в ориз. 4.

Необходимостта от независимо функционално заземяванеможе да възникне например, когато производителят на информационно оборудване директно посочи необходимостта от автономно заземяване (без отделно „функционално заземяване“ оборудването не работи). В този случай производителят предоставя две заземителни шини в шкафа на оборудването:
защитен PE;
функционален FE.
Функционална шина FEизолиран от корпуса на шкафа. Към него са свързани екраните на сигналните (контролните) кабели. Шината FE е свързана с кабел с медна изолация (за да се избегне контакт с метални конструкциисграда) със сечение най-малко 1x25 mm2 със заземител, разположен на разстояние най-малко 20 m от защитния (или друг) заземител Защитното заземяване на корпуса на шкафа се извършва с PE проводник до шината за изравняване на потенциала, свързана към главната заземителна шина. Обърнете внимание, че тази FE шина вътре в шкафа се предоставя от самия производител на оборудването.

Като илюстрацияНа ориз. 5представен е вариант на независимо функционално заземяване, което не е свързано със защитно заземително устройство.

Ориз. 5

Обосновка на дизайнерските решения

За да избегнете всякакви трудностис одобрението и доставката на проекта трябва да внимавате при получаване на спецификациите за проектиране. Ако оборудване, което е чувствително към смущения, се използва в обекта, който се проектира, тогава трябва незабавно да поискате сертификати от клиента или производителя за това оборудване, където трябва да се обоснове необходимостта от независимо заземително устройство и да се посочи необходимото функционално съпротивление на заземяването. Паспортите (сертификатите) за използваното оборудване са приложени към проекта и служат като обосновка за проектни решения на всички етапи от одобрението на проекта.
Независимото функционално заземяване се извършва съгласно схемата на ориз. 4.

Ако независим функционален превключвател за заземяване не е осигурен от производителя на оборудването, тогава в този случай функционалното заземяване трябва да се извърши съгласно една от схемите ( ориз. 2, 3), като се вземат предвид изискванията за електромагнитна съвместимост. В този случай може да се монтира изолирана функционална заземителна шина в отделна заземителна кутия, която предотвратява едновременния контакт с части, които могат да бъдат изложени на опасна потенциална разлика, ако изолацията е повредена.
Примере показана такава функционална заземителна кутия ориз. 6.