Электробезопасность КПП (курс лекций, экз. бил…


ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)
Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды»
Нагнибеда Б.А.
К у р с л е к ц и й
по дисциплине
Э Л Е К Т Р О Б Е З О П А С Н О С Т Ь
для специальности 280102 (330500) «Безопасность технологических процессов и производств»
Новочеркасск 2014
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
(курс лекций)
Введение.
Электричество широко применяется во всех сферах деятельности человека (промышленной, сельскохозяйственной, бытовой, медицинской и др.). Оказывая человечеству неоценимую помощь в его прогрессивном развитии, электричество в определённых ситуациях является опасным для человека фактором. Поэтому в практической жизни человека большое внимание уделяется вопросам электробезопасности.
Электробезопасность – система организационных, инженерно-технических, правовых и др. мероприятий, обеспечивающих защиту производственного персонала от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля, статического и атмосферного электричества.
1. Действие электрического тока на организм человека.
Включаясь в электрическую цепь постоянного или переменного тока, человек подвергается как местному, так и общему его действию.
Местное действие электрического тока.
Местное действие электрического тока приводит к поражению чаще всего кожного покрова, а иногда мышечных тканей, сухожилий и костей. Поскольку указанные поражения происходят за короткий промежуток времени, результат такого действия называется электротравмой.
Различают следующие виды электротравм: электрические ожоги; электрические знаки; электрометаллизация кожного покрова; электроофтальмия; механические повреждения.
Электрический ожог – самая распространённая электротравма (~ 60 – 65 % пострадавших). Ожоги бывают двух видов: токовый (или контактный) и дуговой.
Токовый ожог обусловлен прохождением тока через тело человека в результате контакта с токоведущей частью электрооборудования и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую. Поскольку кожный покров человека обладает во много раз большим сопротивлением, чем другие ткани тела, то в нём выделяется бóльшая часть теплоты. Различают четыре степени ожогов: I – покраснение кожи; II – образование пузырей, наполненных лимфой; III – омертвение всей толщи кожного покрова; IV – обугливание тканей. Тяжесть поражения человека обусловливается как степенью ожога, так и площадью обожжённой поверхности тела. Токовые ожоги возникают при действующих напряжениях 1 – 2 кВ и чаще всего являются ожогами I и II степени; иногда бывают и более тяжёлые случаи.
Дуговой ожог возникает при более высоких действующих напряжениях (> 2 кВ), когда между токоведущей частью электрооборудования и телом человека образуется электрическая дуга (температура дуги выше 3500 °С). Дуговые ожоги, как правило, тяжелые – III или IV степени.
Электрические знаки – чётко очерченные пятна серого или бледно-жёлтого цвета на поверхности кожного покрова человека, подвергнувшейся воздействию тока. Электрические знаки бывают в виде царапин, ран, порезов, ушибов, кровоизлияний в кожный покров, мозолистых образований, бородавок. Иногда форма знака соответствует форме токоведущей части, к которой прикоснулся пострадавший, а также может напоминать фигуру молнии. Поражённый участок кожи затвердевает подобно мозоли и впоследствии отмирает. В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и их лечение заканчивается благополучно: с течением времени верхний слой кожи сходит и пораженное место приобретает первоначальный цвет, эластичность и чувствительность. Электрические знаки возникают довольно часто, примерно у каждого пятого пострадавшего от действия электрического тока. Тяжесть последствий зависит от площади поражённого участка кожного покрова.
Электрометаллизация кожного покрова – проникновение в его верхние слои (на глубину в доли мм) мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Это может произойти при коротких замыканиях, отключении рубильников под нагрузкой и в др. случаях. В месте поражения кожный покров становится шероховатым и жёстким, пострадавший в месте поражения испытывает напряжение кожного покрова от присутствия в нём инородного тела и боль от ожога за счёт теплоты занесённого в кожу металла. С течением времени поражённый участок отторгается и приобретает нормальный вид, болезненность исчезает (электрометаллизация кожи наблюдается у 10 % пострадавших).
Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей, которые энергично поглощаются клетками организма и вызывают в них химические изменения. Такое облучение возможно при наличии электрической дуги, например, возникшей при коротком замыкании, которая является мощным источником в т.ч. ультрафиолетового и инфракрасного электромагнитных излучений.
Механические повреждения – возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожного покрова, кровеносных сосудов нервных волокон, а также вывихи суставов и переломы костей. К этому виду травм следует также отнести ушибы, переломы, вызванные падением человека с высоты, ударами о предметы в результате непроизвольных движений или потери сознания при воздействии электрического тока. Механические повреждения являются зачастую серьёзными травмами, требующими длительного лечения.
Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает не него также общее действие, имеющее сложный характер.
Общее действие электрического тока.
Общее действие имеет 3 основных направления: тепловое, электролитическое и биологическое. Поскольку результат общего действия электрического тока (вплоть до смертельного исхода) проявляется за короткий промежуток времени (доли с), его называют электрическим ударом.
Тепловое действие выражается в нагревании отдельных участков тела и всего организма до температур выше соответствующего значения их постоянной температуры, обусловленной процессами терморегуляции человека (так называемого «физиологического нуля»). Нарушение процессов терморегуляции организма негативно отражается на обмене веществ, состоянии центральной нервной системы и др. жизненно важных систем и органов человека.
Электролитическое действие выражается в появлении в организме человека несвойственных ему химических веществ за счёт электрохимических реакций, протекающих в водных растворах веществ, содержащихся в желудочно-кишечном тракте, в кровеносной, лимфатической и др. системах (соли, щёлочи, кислоты и др. вещества). При этом непосредственно в тканях организма часто образуются токсические вещества и радикалы (NaOH, Cl2, H•, O• и др.), т.е. происходит интоксикация организма. Рассмотренные процессы возможны потому, что в организме человека, состоящем на 70 – 80 % из воды, большинство растворённых в ней веществ находятся в диссоциированном состоянии, т.е. в виде положительно и отрицательно заряженных ионов. Последние под действием разности потенциалов (напряжения) электрического (электромагнитного) поля направленно перемещаются в организме человека, вызывая описанные выше явления. Например, при поступлении в организм поваренной соли (NaCl) происходит её диссоциация в воде на ионы Na+ Cl–, которые под действием разности потенциалов (напряжения) электрического (электромагнитного) поля перемещаются соответственно к отрицательному (катоду) и положительному (аноду) полюсам контакта человека с источником электрического тока. При этом из ионов Na+ и Cl– в конечном итоге образуются соответственно NaOH и Cl2, которые являются токсическими веществами.
Биологическое действие проявляется в том, что под действием электрического, магнитного и электромагнитного полей, обусловленных протеканием через человека электрического тока, происходит искажение характера и структуры биополя человека, которое имеет электромагнитную природу. В результате этого явления управляющие функции биополя искажаются и отдельными органами и системами может «управлять» внешнее электромагнитное поле, обусловленное протеканием электрического тока через человека за счёт внешней электрической цепи. Биологическое действие электрического тока проявляется в виде раздражения и возбуждения живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц грудной клетки и сердечной мышцы. Результатом описанных процессов могут быть паралич мышц грудной клетки с остановкой дыхания и фибрилляция (вплоть до полной остановки) сердца. Наиболее частым явлением в производственных условиях является непроизвольное удерживание пострадавшим руками проводника с переменным электрическим током промышленной частоты, если, например, величина тока, протекающего через человека, превышает 10 мА, то человек самостоятельно отделиться от этого проводника не может.
В зависимости от исхода общего действия электрического тока на человека электроудары условно делятся на IV группы (степени):
I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;
II – судорожное сокращение мышц, потеря сознания, но сохранение дыхания и работы сердца;
III – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе);
IV – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.
Причинами смерти в результате поражения электрическим током могут быть: прекращение работы сердца, прекращения дыхания и электрический шок.
Прекращение работы сердца, как следствие воздействия электрического тока на мышцу сердца, наиболее опасно. Это воздействие может быть прямым, когда ток протекает через область сердца, или рефлекторным, когда ток проходит через центральную нервную систему. В обоих случаях может произойти остановка сердца или наступить его фибрилляция (беспорядочное сокращение мышечных волокон сердца – фибрилл), что приводит к прекращению кровообращения.
Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторным воздействием электрического тока на мышцы грудной клетки, участвующих в процессе дыхания. При длительном воздействии тока наступает, так называемая асфиксия (удушье) – болезненное состояние в результате недостатка кислорода и избытка СО2 в организме. При асфиксии последовательно утрачивается сознание, чувствительность к раздражителям, рефлексы, затем прекращается дыхание и, в конечном итоге, останавливается сердце – наступает клиническая смерть.
Электрический шок – тяжёлая своеобразная нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить полное выздоровление, как результат своевременного медицинского вмешательства, или гибель организма из-за полного угасания его жизненно важных функций.
Клиническая смерть – переходный период от жизни к смерти (летальный исход), наступающий с момента прекращения деятельности сердца и лёгких.
У человека, находящегося в состоянии клинической смерти, отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, его сердце не работает, болевые раздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Однако в этот период жизнь в организме не прекращается, ибо ткани его умирают не сразу и не сразу прекращаются функции различных органов. При этом почти во всех тканях организма протекают обменные процессы, хотя и на очень низком уровне, но достаточные для поддержания жизни на минимальном уровне. Это обстоятельство может быть использовано для возвращения человека к жизни, если воздействовать на более стойкие жизненные функции.
При клинической смерти первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга, с деятельностью которых связаны сознание и мышление. Поэтому на длительность клинической смерти большое влияние оказывает временнóй интервал «момент прекращения сердечной деятельности и дыхания – начало гибели клеток коры головного мозга», который в большинстве случаев составляет от 4-х до 8-ми мин, причём при гибели здорового человека от случайной причины, в том числе от воздействия электрического тока, этот интервал составляет 7 ⎯ 8 мин. а при гибели от тяжёлой и продолжительной болезни, когда организм исчерпал значительную часть сил, клиническая смерть может длиться от 4-х до 6-ти с.
Биологическая смерть (летальный исход) – необратимое явление, характеризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых структур; она наступает по истечении периода клинической смерти.
2. Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током.
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависят от следующих факторов:
электрического сопротивления тела человека;
величины действующего на человека напряжения и силы тока;
продолжительности воздействия электрического тока;
рода и частоты электрического тока;
пути тока через человека;
условия внешней среды и факторы трудового процесса.
Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожный покров, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом состоянием кожного покрова.
Кожный покров состоит из двух основных слоёв: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы. Эпидермис также имеет слоистую структуру, в которой самый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом и незагрязнённом состоянии можно рассматривать как диэлектрик – его удельное электрическое сопротивление достигает 105 ⎯ 106 Ом·м, т.е. в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожного покрова и внутренних тканей организма. Сопротивление внутреннего слоя кожного покрова (дермы) незначительно; оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя. Сопротивление тела человека при сухом, чистом и неповреждённом кожном покрове колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних органов составляет всего 300 ⎯ 500 Ом.
В качестве расчётной величины при действии переменного тока промышленной частоты (50 Гц) применяют активное сопротивление тела человека равное 1000 Ом. В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе: от состояния кожного покрова и окружающей среды; параметров электрической цепи.
Повреждение рогового слоя кожного покрова (порезы, царапины, ссадины и т.п.) снижают сопротивление тела до 500 ⎯ 700 Ом, что увеличивает опасность поражения электрическим током. Такое же влияние оказывают: увлажнение кожного покрова (например, пόтом); загрязнение вредными веществами (например, пыль, окалина и т.п. вещества).
На сопротивление тела человека оказывает влияние площадь контакта с источником тока, чем она больше, тем меньше сопротивление. До десятков и даже единиц Ом может уменьшаться сопротивление кожного покрова в местах расположения акупунктурных точек на теле человека.
Величина тока и напряжения. Основным фактором, обусловливающим исход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет величину тока, проходящего через человека.
В практике электротравматизма принято выделять следующие пороги действия электрического тока:
пороговый электрический ток – величина тока, вызывающая в организме человека едва ощутимые раздражения (небольшое повышение температуры в зоне контакта с источником электроэнергии, неуёмное дрожание пальцев рук, повышенное потоотделение и т.п. факторы). Эти ощущения вызывает сила тока: 0,6 ⎯ 1,5 мА (для переменного тока частотой 50 Гц); 5 ⎯ 7 мА (для постоянного тока);
неотпускающий ток, – величина электрического тока, вызывающая непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, в которых зажат проводник. Величина неотпускающего тока при времени действия 1 ⎯ 3 с составляет 10 ⎯ 15 мА для переменного и 50 ⎯ 60 мА для постоянного токов. При такой силе тока человек уже не может самостоятельно разжать руки, в которых зажаты токоведущие части электрооборудования;
фибрилляционный (смертельный) ток – величина электрического тока, вызывающая фибрилляцию сердца (разновременное и разрозненное сокращение отдельных волокон сердечной мышцы, неспособное поддерживать её самостоятельную работу). При длительности действия 1 ⎯ 3 с по пути рука-рука, рука-ноги величина этого тока составляет ~ 100 мА для переменного и ~ 500 мА для постоянного тока. В то же время сила тока величиной 5 А и более фибрилляцию сердечной мышцы не вызывает – происходит мгновенная остановка сердца и паралич мышц грудной клетки.
Сила пороговых токов считается длительно безопасной величиной для человека.
Безопасных напряжений среди тех величин, которые используются в практической деятельности человека, не существует, поскольку сила тока при любом малом из указанных напряжений может превысить силу пороговых токов при аномально малых сопротивлениях тела человека. Например, контакт полюсов гальванического элемента (U = 1,5 В) с акупунктурными точками человека (R ~ 1 Ом) может вызвать протекание постоянного электрического тока между ними силой 1,5 А, что даже при кратковременном действии превышает смертельную величину в 3 раза.
Продолжительность воздействия электрического тока. С повышением времени протекания тока через человека повышается вероятность прохождения его через сердце в момент наиболее уязвимой для всего кардиоцикла фазы Т (окончание сокращения желудочков и перехода их в расслабленное состояние ~ 0,2 с). Кроме того, с увеличением времени протекания электрического тока через человека усугубляются все негативные явления как местного, так и общего действия.
Род тока и частота переменного электрического тока. Постоянный ток примерно в 4…5 раз безопаснее переменного промышленной частоты (50 Гц). Объяснить этот факт можно сложной структурой сопротивления тела человека. Сопротивление человеческого тела включает в себя активную (омическую) и ёмкостную составляющие, причём последняя возникает при включении человека в электрическую цепь (рис. 1).

Рисунок 1. Упрощённая электрическая схема замещения сопротивления тела
человека.
Ra – активная (омическая) составляющая; Rс – ёмкостная составляющая.
Наличие ёмкостной составляющей обусловлено тем, что между электродом, касающимся тела человека (корпус электрооборудования, провода электросети и т.п.), и землёй (пол, площадка для обслуживания оборудования и т.п.), на которой стоит человек, расположен роговой слой кожного покрова – практически диэлектрик, что образует конденсаторную систему (электрическую ёмкость). Если через человека протекает постоянный ток, то он воздействует только на активную составляющую общего сопротивления (Ra), так как электрическая ёмкость для постоянного тока является разрывом электрической цепи. Переменный ток протекает и через активную и через ёмкостную составляющие общего сопротивления человека (Ra и Rс), что, при прочих равных условиях, приводит к бόльшему отрицательному воздействию на организм.
С повышением частоты переменного тока (относительно 50 Гц) его общее негативное действие снижается, сравниваясь на частоте ~ 1000 Гц с действием постоянного тока. На частоте ~ 500 кГц и выше переменный ток общего действия на человека практически не оказывает. Это явление можно объяснить тем, что наибольшая плотность зарядов (ионов, электронов) в плоскости поперечного сечения проводника при протекании переменного тока высокой частоты наблюдается на периферии этого сечения; если в качестве проводника рассматривать человека, то на периферии поперечного сечения туловища и конечностей мы увидим кожный покров, обладающий сопротивлением, близким к таковому у диэлектриков. Местное действие переменного тока высокой частоты при этом сохраняется.
6416040137160000Это положение справедливо лишь до напряжений 250 ⎯ 300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный с частотой 50 Гц.
Путь тока через тело человека играет существенную роль в исходе поражения, т.к. электрический ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, лёгкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения определяется также величиной сопротивления кожного покрова человека на различных участках его тела.
Количество возможных путей тока через тело человека, называемых петлями тока, достаточно много. Чаще всего ток протекает по петлям: рука-рука; рука-ноги; нога-нога; голова-руки; голова-ноги. Наиболее опасными являются петли: голова-руки и голова-ноги, но они возникают относительно редко.
Условия внешней среды и факторы трудового процесса оказывают существенное влияние на величину сопротивления кожного покрова и в целом тела человека. Так, например, повышенная температура (~ 30 °С и выше) и относительная влажность воздуха (~ 70 % и выше) способствуют повышенному потоотделению, а, следовательно, резкому уменьшению активного сопротивления тела человека. Интенсивная физическая работа приводит к аналогичному результату.
3. Анализ условий поражения человека электрическим током в трехфазных сетях переменного тока.
Поражение человека электрическим током возможно лишь при замыкании электрической цепи через его тело, т.е. при прикосновении не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми существует разность потенциалов (напряжение). Напряжение между двумя точками цепи тока, к которым одновременно прикасается человек, называется напряжением прикосновения.
Опасность такого прикосновения определяется силой тока, проходящего через тело человека, которая зависит от следующих факторов:
схемы замыкания цепи тока через тело человека;
напряжения электрической сети;
схемы сети, режима работы её нейтрали (заземлена или изолирована);
сопротивления изоляции токоведущих частей относительно земли;
величины ёмкости токоведущих частей относительно земли.
3.1. Характеристика основных систем «электроустановка – трёхфазная электрическая сеть переменного тока», использующихся в производственных условиях.
Электроустановка – совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другие виды энергии.
Наибольшее распространение на производстве получили системы, в которых в качестве источника энергопитания используются трёхфазные электрические сети переменного тока (далее электросети) с изолированной и заземлённой нейтралью. В соответствии с требованиями, изложенными в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ), для таких систем напряжением до 1 кВ приняты следующие обозначения:
система IT – система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие нетоковедущие части электроустановки заземлены (рис. 2а);
система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие нетоковедущие части электроустановки присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников (рис. 2б, в, г);
система TN-С – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем её протяжении (рис. 2б);
система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем её протяжении (рис. 2в);
система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания (рис. 2г);
система ТТ – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие нетоковедущие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземлённой нейтрали источника (рис. 2д).
Первая буква условного обозначения системы характеризует состояние нейтрали источника питания относительно земли:
I – изолированная нейтраль;
Т – заземленная нейтраль.
Вторая буква условного обозначения системы характеризует состояние открытых проводящих частей относительно земли:
N – открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания;
Т – открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети.
Последующие (только после буквы N) буквы характеризуют совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:
С – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник);
S – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены.
Условные обозначения на схемах (рис. 2):
N - – нулевой рабочий (нейтральный) проводник;
РЕ - – защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);
PEN - – совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
Глухозаземлённая нейтраль источника энергопитания – нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая непосредственно к заземляющему устройству.
Изолированная нейтраль источника энергопитания – нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединённая к заземляющему устройству или присоединённая к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.


а) б)

в) г)

д)
Рисунок 2. Трёхфазные электрические системы переменного тока
с изолированной и заземлённой нейтралью энергоисточника напряжением до 1 кВ.
а) – система IT; б) – система TN-С; в) – система TN-S; г) – система TN- С- S; д) – варианты системы TT.
1 – заземлитель нейтрали энергоисточника; 1а – сопротивление заземления нейтрали источника питания (например, через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление); 2 – открытые проводящие части электроустановки; 3 – заземлитель открытых проводящих частей электроустановки.
3.2. Основные схемы включения человека в электрическую цепь.
Трёхфазная трёхпроводная электрическая сеть переменного тока с изолированной нейтралью (в системе IT).
Двухфазное прикосновение к токоведущим частям (рис. 3).

Рисунок 3. Двухфазное (двухполюсное) прикосновение
к токоведущим частям в системе IT.
Uф – фазное напряжение; Ih – сила тока, протекающего через человека;
Rh – сопротивление человека; L1, L2, L3 – фазные проводники.
Сила тока (Ih, А), протекающего через человека, определяется по формуле
, (1)
где Uл – линейное напряжение, В; Uф – фазное напряжение, В; Rh – сопротивление человека, Ом.
Например, в электросети с линейным напряжением 380 В (Uф = 220 В) при сопротивлении тела человека 1000 Ом сила тока, протекающего через человека, составляет:
.

Эта сила тока смертельно опасна для человека.
При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима работы нейтрали. Опасность прикосновения не уменьшится и в том случае, если человек будет надёжно изолирован от земли.
Однофазное прикосновение (рис. 4.) происходит во много раз чаще, чем двухфазное, но оно менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза и, кроме того, ток, протекающий через человека,
1551305-5080
Рисунок 4. Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущим частям
в системе IT.
r1, r2, r3 – сопротивление изоляции проводов электросети; с1, с2, с3 – электрическая ёмкость
линейных проводов электросети.
возвращается к источнику (электросети) через изоляцию проводов, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.
Сила тока (Ih, А), протекающего через человека, для этого случая определяется по формуле
(2)
где Rп – переходное сопротивление, Ом (сопротивление пола, на котором стоит человек и обуви); Z – сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом (активная и ёмкостная составляющие).
В наиболее неблагоприятной ситуации, когда человек имеет токопроводящую обувь и стоит на токопроводящем полу (Rп ~ 0), сила тока, протекающего через тело, определяется по формуле

(3)если Uф = 220 В, Rh = 1 кОм, Z = 90 кОм, то Ih = 220/(1000 + (90000 / 3)) = 0,007 А (7 мА).
Трёхфазная четырёхпроводная электрическая сеть переменного тока с заземлённой нейтралью (в системе TN).
Однофазное прикосновение к токоведущим частям.

Рисунок 5. Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущим частям
в системе TN.
R0 – сопротивление заземления нейтрали электросети.
В четырёхпроводной электрической сети переменного тока с глухозаземлённой нейтралью (система TN) ток, проходящий через человека, возвращается к источнику (электросети) не через изоляцию проводов, как в предыдущем случае, а через сопротивление заземления нейтрали (R0) источника тока (рис. 5). Сила тока, проходящего через тело человека, определяется при этом по формуле:
(4)
где R0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль источника тока, в любое время года должно быть не более 2; 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В. Это сопротивление должно быть обеспечено с учётом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN- или PE-проводника воздушных линий электропередач (ВЛ) напряжением до 1 кВ. Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали источника тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же линейных напряжениях 660, 380 и 220 В.
Пример. В наиболее неблагоприятной ситуации, рассмотренной выше, при Uф = 220 В, Rh = 1000 Ом, Rп ~ 0 Ом R0 = 30 Ом сила тока, протекающего через тело человека, составит:
Ih = 220/(1000 + 30) = 0,214 А (214 мА),
что смертельно опасно для человека.
Если обувь нетокопроводящая (например, сухие резиновые галоши с сопротивлением 45 кОм) и человек стоит на нетокопроводящем полу (например, сухой деревянный пол с сопротивлением 100 кОм), т.е. Rп = 145 кОм, то сила тока, протекающего через тело человека, составит:
Ih = 220/(1000 + 60 + 145000) = 0,0015 А (1,5 мА),
что опасности для человека не представляет.
Таким образом, при прочих равных условиях прикосновение человека к одному фазному проводу электросети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в электросети с заземлённой нейтралью.
Рассмотренные выше схемы включения человека в электрическую цепь трёхфазного переменного тока справедливы для нормальных (безаварийных) условий работы электрических сетей.
В аварийном режиме работы трёхфазной электрической сети переменного тока один из фазных проводов, например, электросети с заземлённой нейтралью (в системе TN) может быть замкнут на землю (при срабатывании системы защитного заземления, падении фазного провода на землю и т.п.) через сопротивление Rзм (рис. 6).

Рисунок 6. Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущим частям
в аварийном режиме работы электросети.
Rзм – сопротивление замыкания фазного провода (L2) на землю.
Сила тока, проходящего через тело человека, касающегося в этой ситуации одного из исправных фазных проводов (L1, L3), определяется из уравнения
, (5)
где Rзм – сопротивление замыкания фазного провода на землю, Ом.
Если при этом Rзм ~ 0 или намного меньше и R0, и Rh, то им можно пренебречь, тогда сила тока, проходящего через тело человека, будет определяться по формуле
, (6)
т. е. человек будет включаться в электрическую цепь двухфазно, причём вторая фаза подключается к нему через ноги и на величину Ih будет оказывать существенное влияние переходное сопротивление Rп.
При напряжениях до 1000 В в производственных условиях широкое распространение получили обе рассмотренные выше схемы трехфазных электрических сетей переменного тока: трёхпроводная с изолированной нейтралью (система IT) и четырёхпроводная с заземлённой нейтралью (система TN).
Электрическую сеть с изолированной нейтралью целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень сопротивления изоляции фазных проводов и незначительную ёмкость последних относительно земли. Такими являются электрические сети малоразветвлённые, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала. Так, например, в угольных шахтах используются только электросети с изолированной нейтралью.
Электрическую сеть с заземлённой нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (например, из-за высокой влажности или агрессивной среды), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции, либо когда ёмкостные токи электросети вследствие значительной её разветвлённости достигают больших значений, опасных для человека.
При напряжении выше 1000 В по технологическим причинам электрические сети напряжением до 35 кВ включительно имеют изолированную нейтраль, свыше 35 кВ – заземлённую. Поскольку такие электросети имеют большую ёмкость проводов относительно земли, для человека одинаково опасным является прикосновение к их фазным проводам независимо от режима работы нейтрали энергоисточника. Поэтому режим работы нейтрали электросети напряжением выше 1000 В по условиям безопасности не выбирается.
Включение человека в электрическую цепь с напряжением шага (явления при стекании электрического тока в землю).
Стекание электрического тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землёй. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник, находящийся в контакте с землей, называется заземлителем или электродом.
Для упрощения дальнейших рассуждений считаем, что земля во всём своём объёме однородна, т.е. в любой точке обладает одинаковым удельным электрическим сопротивлением (ρ, Ом · м). В этом случае ток будет растекаться во все стороны одинаково по радиусам полушария (рис. 7).


Рисунок 7. Схема образования напряжения шага.
а) – общая схема; б) – растекание тока с опорной поверхности ног человека.
А, Б – опорные точки ног человека; З – точка замыкания на землю; Uз – напряжение замыкания; Uш – напряжение шага; а – ширина шага; φ – электрический потенциал;
x – радиальное расстояние от точки замыкания на землю до ближайшей опорной
точки ног человека.
В объёме земли, где проходит ток, возникает так называемое «поле растекания тока», имеющее полусферическую конфигурацию. Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в реальных условиях уже на расстоянии 20-ти м от точки замыкания сопротивление слоя земли, по которому проходит ток, оказывается настолько большим, что плотность тока здесь практически равна нулю. На поверхности земли при этом возникает неравномерное электрическое (для постоянного тока) или электромагнитное (для переменного тока) круговое поле с максимумом потенциала (φ, В) в точке замыкания на землю.
Если в этой ситуации человек будет радиально шагать к точке замыкания на землю по её поверхности, то его ноги при каждом шаге будут оказываться под всё бóльшей разностью потенциалов (рис. 7а).
Напряжением шага называется напряжение между двумя точками на поверхности земли, расположенными на расстоянии 1 м одна от другой (принимается равным длине шага человека), обусловленное растеканием тока замыкания на землю.
Основной путь тока при этом пролегает через ноги и тазобедренную часть тела, где расположены гонады – одна из важнейших составляющих половой системы человека. Указанное обстоятельство, кроме рассмотренных выше негативных факторов воздействия на человека электрического тока, нарушает нормальное состояние репродуктивной функции организма. Действие электрического тока в этой ситуации может усугубиться тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног, возможно падение человека, после чего цепь тока замыкается на его теле через другие жизненно важные органы (мозг, сердце, лёгкие и др.). Кроме того, рост человека, который больше ширины шага, обусловливает бóльшую разность потенциалов (напряжение, приложенное к телу).
4. Классификация помещений по опасности поражения электрическим током.
Состояние окружающей среды, а также окружающая обстановка могут усиливать или ослаблять опасность поражения электрическим током. Так, сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы разрушающе действуют на изоляцию электроустановок, резко снижая её сопротивление и создавая угрозу перехода напряжения на корпуса, станины, кожухи и другие нетоковедущие проводящие части электрооборудования, к которым может прикасаться человек.
Вместе с тем, в этих же условиях, как и при высокой температуре окружающего воздуха, понижается сопротивление тела человека, что ещё больше увеличивает опасность поражения его электрическим током.
По действующим «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) все помещения делятся по степени опасности поражения людей электрическим током на три класса: без повышенной опасности; повышенной опасности; особо опасные.
К помещениям без повышенной опасности относятся сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха, с изолирующими (например, с сухими деревянными) полами, в которых отсутствуют заземлённые предметы или их очень мало.
На производстве к таким помещениям могут относиться лишь только некоторые вспомогательные помещения (помещения культурного обслуживания, управления и общественных организаций и др.).
К классу помещений повышенной опасности относятся:
сырые помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75 %;
жаркие помещения, в которых под воздействием тепловых излучений температура воздуха превышает постоянно или периодически (более 1 сут.) 35°С;
пыльные помещения, с токопроводящей пылью, в которых по условиям производства выделяется токопроводящая технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на электрические провода, проникать внутрь машин, аппаратов;
помещения с токопроводящими полами (металлическими, земляными, железобетонными, кирпичными и др.);
помещения, в которых возможно одновременное прикосновение человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам с одной стороны и к проводящим (электропроводным) частям электрооборудования (например, металлическим корпусам) – с другой.
Помещениями повышенной опасности являются практически все вспомогательные и некоторые производственные.
К классу особо опасных помещений относятся:
особо сырые помещения, с относительной влажностью воздуха близкой к 100 %;
помещения с химически активной или органической средой, разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования (агрессивные газы, пары; отложение плесени и др.);
помещения, имеющие два или более признаков, свойственных помещениям с повышенной опасностью.
Территория открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.
Особо опасными являются: бóльшая часть производственных помещений; подземные выработки; рабочая зона с открытой подстилающей поверхностью.
5. Основные меры защиты от поражения человека электрическим током.
Поражение производственного персонала электрическим током возможно как при прямом прикосновении (электрический контакт людей с токоведущими частями электрооборудования, находящимися под напряжением), так и при косвенном прикосновении (электрический контакт людей с открытыми проводящими частями электрооборудования, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции).
Для предупреждения поражения электрическим током в нормальном режиме работы электросети должны применяться по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:
основная изоляция токоведущих частей;
ограждения и оболочки;
установка барьеров;
размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости;
применение сверхнизкого (малого) напряжения (СНН).
Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ применяются также устройства защитного отключения (УЗО).
Защита от прямого прикосновения не требуется, если электрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов (см. ниже), а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока – во всех случаях.
Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции применяются по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:
защитное заземление;
защитное зануление;
автоматическое отключение питания;
уравнивание потенциалов;
выравнивание потенциалов;
двойная или усиленная изоляция;
сверхнизкое (малое) напряжение;
защитное электрическое разделение цепей;
изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.
Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.
В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках защита при косвенном прикосновении производится при более низких напряжениях: 25 В переменного и 60 В постоянного тока – в помещениях с повышенной опасностью; 12 В переменного и 30 В постоянного тока – в особо опасных помещениях и в наружных электроустановках.
Далее рассмотрим принципы указанных способов защиты.
Защита от прямого прикосновения.
Основная изоляция токоведущих частей:
Основная изоляция токоведущих частей должна иметь сопротивление, обеспечивающее утечки тока через неё, не превышающие безопасных величин (~ 1 мА для переменного тока промышленной частоты). Для изоляции используются материалы, обладающие также механической прочностью, устойчивостью к воздействию агрессивных сред, повышенных температур и др. производственных факторов. Широкое распространение на практике получили изоляционные материалы на основе каучука, пластических масс, керамики, стекловолокна и др. Лакокрасочные покрытия не являются изоляцией, защищающей от поражения электрическим током. Изоляция электроустановок перед вводом их в эксплуатацию подвергается испытанию в соответствии с требованиями ПУЭ. Например, для электроустановок напряжением до 1 кВ сопротивление изоляции должно быть не < 0,5 МОм при испытании напряжением 1 кВ.
Ограждения и оболочки:
Ограждения и оболочки в электроустановках напряжением до 1 кВ представляют собой сплошные или сетчатые устройства, предотвращающие несанкционированный доступ к открытым токоведущим частям электроустановок. Вход за ограждение или вскрытие оболочки должны быть возможны только при помощи специального ключа или инструмента либо после снятия напряжения с токоведущих частей.
Установка барьеров:
Барьеры предназначены для защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения к ним на опасное расстояние в электроустановках напряжением выше 1 кВ, но не исключают преднамеренного прикосновения и приближения к токоведущим частям при обходе барьера. Для удаления барьеров не требуется применения ключа или инструмента, однако они должны быть закреплены так, чтобы их нельзя было снять непреднамеренно. Барьеры должны быть изготовлены из изолирующего материала.
Размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости:
Эта мера применяется для защиты от прямого прикосновения к токоведущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения на опасное расстояние к электроустановкам напряжением выше 1 кВ при невозможности сооружения ограждений, оболочек и барьеров. При этом расстояние между доступными одновременному прикосновению проводящими частями в электроустановках напряжением до 1 кВ должно быть не менее 2,5 м. Внутри зоны досягаемости не должно быть частей, имеющих разные потенциалы и доступных одновременному прикосновению.
Установка барьеров и размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости допускаются только в помещениях, доступных квалифицированному персоналу.
Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН):
СНН применяется для защиты от поражения электрическим током при прямом и/или косвенном прикосновениях в электроустановках напряжением до 1 кВ в сочетании с защитным электрическим разделением цепей или в сочетании с автоматическим отключением питания (см. ниже). Суть этой меры защиты заключается в обеспечении наименьшей вероятности поражения человека электрическим током за счёт применения малой величины напряжения питания электроустановок.
При этом величина такого напряжения составляет: не > 50 В переменного и не > 120 В постоянного тока – в помещениях без повышенной опасности; не > 25 В переменного и не > 60 В постоянного тока – в помещениях с повышенной опасностью; не > 12В переменного и не > 30 В постоянного тока – в особо опасных помещениях и в наружных электроустановках.
Защита от косвенного прикосновения.
Защитное заземление:
Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землёй нетоковедущих проводящих (электропроводных) частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции могут оказаться под напряжением. Такой частью электрооборудования, как правило, является его металлический корпус.
Принцип защитного действия защитного заземления можно объяснить следующим образом: при параллельном включении в электрическую цепь «аварийный корпус – заземление» сопротивлений заземляющего устройства и человека ток по ним по закону Кирхгоффа для разветвлённых электрических цепей распределяется обратно пропорционально величинам сопротивлений, оставаясь практически неизменным в сумме.
Подбор величины сопротивления заземляющего устройства, при которой сила тока, протекающего через человека, будет равна или меньше безопасных значений, обеспечит его защиту от поражения. Наибольшая величина сопротивления заземляющего устройства, при которой обеспечивается указанное выше условие, называется допустимым сопротивлением защитного заземления.
Защитное заземление эффективно только в том случае, когда ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземляющего устройства. Поэтому защитное заземление применяется в качестве основной меры защиты в электросетях с изолированной нейтралью, т.к. только в них при глухом замыкании на землю любого из фазных проводов ток замыкания не зависит от сопротивления заземления.
Конструктивно заземляющее устройство состоит из заземлителей, размещённых в грунте (земле), заземляющего проводника и заземляющей шины (последние расположены вне грунта и служат для подключения заземлителей к электрооборудованию).
Варианты конструкций, схемы размещения в грунте, материалы для изготовления конструктивных элементов, способы расчёта и др. сведения о заземляющих устройствах рассматриваются на лабораторных и практических занятиях.
Согласно требованиям ПУЭ сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе IT напряжением до 1 кВ,
должно соответствовать условию:
Rзу Uпр /Iзм, (7)
где Rзу – сопротивление заземляющего устройства, Ом;
Uпр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В;
Iзм – полный ток замыкания на землю, А.
Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается принимать сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность источника тока не превышает 100 кВА.
Защитному заземлению подлежат открытые для прикосновения людей металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением.
Защитное зануление:
Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ представляет собой преднамеренное электрическое соединение открытых нетоковедущих проводящих (электропроводных) частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции могут оказаться под напряжением, с глухозаземлённой нейтралью (нулевым проводом) в сетях трёхфазного переменного тока (система TN), с одновременной установкой отключающих устройств на фазных проводах, питающих эти электроустановки. Если после этого произойдёт нарушение изоляции одного из фазных проводников и он коснётся нетоковедущей проводящей части электрооборудования, то по петле «фаза – нуль» потечёт электрический ток «короткого замыкания», имеющий большую величину (1000 А и более), что приведёт к срабатыванию отключающего устройства. В качестве отключающих устройств, как правило, применяются плавкие вставки, которые расплавляясь под действием электрического тока «короткого замыкания», разрывают цепь электропитания.
Таким образом, принцип действия защитного зануления заключается в отключении электропитания от аварийного участка электрооборудования за такой малый промежуток времени, при котором доза электроэнергии, полученная человеком при прикосновении его к корпусу электроустановки в момент срабатывания отключающего устройства, не превысит допустимых значений. Допустимое время срабатывания отключающих устройств указано в табл. 1. При реализации системы защитного зануления не допускается установка отключающего устройства на нулевом проводе. Защитное зануление является частным случаем автоматического отключения электропитания.
Автоматическое отключение элекропитания:
Автоматическое отключение электропитания применяется для быстрого отключения энергоисточника от аварийного электрооборудования. При этом время отключения не должно превышать нормированные значения (табл. 1, 2), т.к. в противном случае человек, касающийся в этот момент электроустановки, получит опасную дозу электрической энергии. При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках напряжением до 1 кВ открытые проводящие части присоединяются к глухозаземлённой нейтрали источника питания, если применена система TN, и заземлены, если применены системы IT или ТТ.
В электроустановках, в которых в качестве защитной меры применено автоматическое отключение питания, должно быть выполнено уравнивание потенциалов (см. ниже).
Для автоматического отключения питания могут быть применены защитно-коммутационные аппараты и устройства защитного отключения (УЗО).
Таблица 1.
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения
для системы TN
Номинальное фазное
напряжение uф, В Время отключения, с
127 0,8
220 0,4
380 0,2
Более 380 0,1
Таблица 2.
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения
для системы IT
Номинальное линейное
напряжение Uл, В Время отключения, с
220 0,8
380 0,4
660 0,2
Более 660 0,1
Уравнивание потенциалов:
Система уравнивания потенциалов предназначена для ликвидации разности потенциалов между любыми точками открытых проводящих частей электроустановок, здания, инженерных коммуникаций и т.п.
Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:
нулевой защитный РЕ- или РЕN-проводник питающей линии в системе TN;
заземляющий проводник, присоединённый к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и ТТ;
заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание (если есть заземлитель);
металлические трубы коммуникаций, входящих в здание (горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п.);
металлические части каркаса здания;
металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования;
заземляющее устройство системы молниезащиты;
заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.
Проводящие части, входящие в здание извне, должны быть соединены как можно ближе к точке их ввода в здание.
Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов.
Система дополнительного уравнивания потенциалов должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток.
Для уравнивания потенциалов могут быть использованы специально предусмотренные проводники либо открытые и сторонние проводящие части, если они удовлетворяют требованиям к защитным проводникам в отношении проводимости и непрерывности электрической цепи.
Выравнивание потенциалов:
Система выравнивания потенциалов предназначена для снижения разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путём применения специальных проводящих покрытий земли.
Двойная или усиленная изоляция:
Защита при помощи двойной или усиленной изоляции может быть обеспечена применением электрооборудования класса II (табл. 3) или заключением электрооборудования, имеющего только основную изоляцию токоведущих частей, в изолирующую оболочку.
Таблица 3
Классификация по способу защиты человека от поражения электрическим током
и условия применения электрооборудования в электроустановках напряжением до 1 кВ
Класс
по ГОСТ
12.2.007.0
Р МЭК536 Маркировка Назначение защиты Условия применения электрооборудования в электроустановке
Класс 0 – При косвенном прикосновении 1. Применение в непроводящих помещениях.
2. Питание от вторичной обмотки разделительного трансформатора только одного электроприёмника
Класс I Защитный зажим, знак или буквы РЕ, или желто-зелёные полосы При косвенном прикосновении Присоединение заземляющего зажима электрооборудования к защитному проводнику электроустановки
Класс II Знак При косвенном прикосновении Независимо от мер защиты, принятых в электроустановке
Класс III Знак От прямого и косвенного прикосновений Питание от безопасного разделительного трансформатора
Проводящие части оборудования с двойной изоляцией не должны быть присоединены к защитному проводнику и к системе уравнивания потенциалов.
Защитное электрическое разделение цепей:
Защитное электрическое разделение цепей предназначено для уменьшения опасности однофазного прикосновения в разветвлённых электросетях большой протяжённости, имеющих большую электрическую ёмкость и малое сопротивление изоляции проводов относительно земли.
Защитное электрическое разделение цепей источника тока и электроприёмника осуществляется при помощи разделительного трансформатора и применяется, как правило, для одной питающей цепи, которая при этом имеет малую электрическую ёмкость, большое сопротивление изоляции проводов относительно земли, а, следовательно, меньшую опасность при однофазном прикосновении.
Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки:
Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны и площадки применяются в электроустановках напряжением до 1 кВ, когда требования к автоматическому отключению питания не могут быть выполнены, а применение других защитных мер невозможно либо нецелесообразно.
Сопротивление относительно земли изолирующего пола и стен таких помещений, зон и площадок в любой точке должно быть не менее:
50 кОм при номинальном напряжении электроустановки до 500 В включительно;
100 кОм при номинальном напряжении электроустановки более 500 В;
Если сопротивление в какой-либо точке меньше указанных величин, такие помещения, зоны, площадки не должны рассматриваться в качестве меры защиты от поражения электрическим током.
Для изолирующих (непроводящих) помещений, зон, площадок допускается использование электрооборудования класса 0 (табл.3) при соблюдении одного из следующих условий:
открытые проводящие части удалены одна от другой и от сторонних проводящих частей не менее чем на 2 м.
открытые проводящие части отделены от сторонних проводящих частей барьерами из изоляционного материала;
сторонние проводящие части покрыты изоляцией, выдерживающей испытательное напряжение не менее 2 кВ в течение 1 мин.
Пол и стены таких помещений не должны подвергаться воздействию влаги.
Кроме рассмотренных основных способов защиты персонала от поражения электрическим током используются: защитное зануление; блокировка; предупредительная сигнализация; электрозащитные средства (изолирующие штанги, диэлектрические коврики и др.).
8. Требования к персоналу, обслуживающему электроустановки.
Для выполнения работ в электроустановках соответствующий персонал должен иметь профессиональную подготовку, соответствующую характеру работы. Если таковой нет, то работники должны быть обучены (до допуска к самостоятельной работе) в специализированных центрах подготовки персонала. В любом случае перед допуском персонала к самостоятельной работе производятся проверка знаний и инструктажи в соответствии с требованиями государственных и отраслевых нормативных правовых актов по организации труда и безопасной работе.
До приёма на работу, а также периодически в процессе работы (периодичность определяется Минздравсоцразвития РФ) у каждого работника проверяется состояние здоровья на предмет выявления соответствия последнего условиям и характеру труда.
До допуска к самостоятельной работе персонал обучается приёмам освобождения людей от действия электрического тока при случайном включении их в электрическую цепь и мерам оказания первой доврачебной помощи пострадавшим при несчастных случаях.
Персонал должен иметь группу допуска к работе с электрооборудованием по электробезопасности, соответствующую степени его профессиональной подготовленности. Характеристика групп допуска приведена в табл. 4.
По результатам положительной аттестации по охране труда при эксплуатации электроустановок работникам выдаётся удостоверение установленной формы, в котором фиксируются результаты проверки знаний. Для персонала, имеющего право выполнять специальные работы, в удостоверении делается соответствующая запись.
Специальными являются:
верхолазные работы;
работы под напряжением на токоведущих частях (чистка, обмыв и замена изоляторов, ремонт проводов, контроль измерительной штангой изоляторов и соединительных зажимов, смазка тросов);
работы, связанные с испытанием оборудования повышенным напряжением (более 1000 В);
другие работы по указанию работодателя.
Таблица 4.
Группы допуска к работе с электрооборудованием по электробезопасности электротехнического (электротехнологического) персонала и условия их присвоения.
Группа по электробезопасности Минимальный стаж работы в электроустановках, мес. Требования к персоналу
Персонал организаций Практиканты не имеющий среднего образования со средним образованием со средним электротехническим и высшим техническим образованием с высшим электротехническим образованием профессионально-технических училищ институтов и техникумов (колледжей) I не нормируется
Элементарные знания требований электробезопасности, относящихся к его производственной деятельности.
II после обучения по программе не менее 72 часов не нормируется 1. Элементарные технические знания об электроустановке и её оборудовании. 2. Отчётливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям. 3. Знание основных мер предосторожности при работах в электроустановках. 4. Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим.
III 3 в предыдущей группе 2 в предыдущей группе 2 в предыдущей группе 1 в предыдущей группе 6 в предыдущей группе 3 в предыдущей группе 1. Элементарные познания в общей электротехнике. 2. Знание электроустановки и порядка её технического обслуживания. 3. Знание общих правил техники безопасности, в том числе правил допуска к работе, и специальных требований, касающихся выполняемой работы. 4. Умение обеспечить безопасное ведение работы и вести надзор за работающими в электроустановках. 5. Знание правил освобождения пострадавшего от действия электрического тока, оказания первой медицинской помощи и умение оказывать её пострадавшему.
IV 6 в предыдущей группе 3 в предыдущей группе 3 в предыдущей группе 2 в предыдущей группе - - 1. Знание электротехники в объёме специализированного ПТУ. 2. Полное представление об опасности при работах в электроустановках. 3. Знание ПОТ РМ-016-2001, правил технической эксплуатации электрооборудования, устройства электроустановок и пожарной безопасности в объёме занимаемой должности. 4. Знание схем электроустановок и оборудования обслуживаемого участка, знание технических мероприятий, обеспечивающих безопасность работ. 5. Умение проводить инструктаж, организовывать безопасное проведение работ, осуществлять надзор за членами бригады. 6. Знание правил освобождения пострадавшего от действия электрического тока, оказания первой медицинской помощи и умение оказывать её пострадавшему. 7. Умение обучать персонал правилам техники безопасности, приемам оказания первой медицинской помощи.
V 24 в предыдущей группе 12 в предыдущей группе 6 в предыдущей группе 3 в предыдущей группе - - 1. Знание схем электроустановок, компоновки оборудования технологических процессов производства. 2. Знание ПОТ РМ-016-2001, правил пользования и испытаний средств защиты, чёткое представление о том, чем вызвано то или иное требование. 3. Знание правил технической эксплуатации, ПУЭ и пожарной безопасности в объёме занимаемой должности. 4. Умение организовать безопасное проведение работ и осуществлять руководство работами в электроустановках любого напряжения. 5. Умение четко обозначать и излагать требования о мерах безопасности при проведении инструктажа работников. 6. Умение обучать персонал правилам техники безопасности, приёмам оказания первой медицинской помощи.

Примечания:
Приведенные в табл. 4 требования к персоналу в отношении электробезопасности являются минимальными и решением руководителя организации могут быть дополнены.
Группа I распространяется на неэлектротехнический персонал. Перечень профессий, рабочих мест, требующих отнесения производственного персонала к группе I, определяет руководитель организации. Персоналу, усвоившему требования по электробезопасности, относящиеся к его производственной деятельности, присваивается группа I с оформлением в журнале установленной формы. Присвоение группы I производится путем проведения инструктажа, который, как правило, должен завершаться проверкой знаний в форме устного опроса и (при необходимости) проверкой приобретенных навыков безопасных способов работы или оказания первой помощи при поражении электрическим током. Присвоение I группы проводится работником из числа электротехнического персонала, имеющего группу III и выше, назначенным распоряжением руководителя организации.
Группа III может присваиваться работникам только по достижении 18-летнего возраста.
При поступлении на работу (переводе на другой участок работы, замещении отсутствующего работника) работник при проверке знаний должен подтвердить имеющуюся группу применительно к оборудованию электроустановок на новом участке.
При переводе работника, обслуживающего электроустановки напряжением ниже 1000 В, на работу по обслуживанию электроустановок напряжением выше 1000 В ему, как правило, не может быть присвоена начальная группа выше III.
Государственные инспекторы, специалисты по охране труда, контролирующие электроустановки, не относятся к электротехническому (электротехнологическому) персоналу. Они должны иметь группу IV с правом инспектирования. Требуемый общий производственный стаж (не обязательно в электроустановках) ⎯ не менее 3 лет.
Инспекторы по энергетическому надзору, а также специалисты по охране труда энергоснабжающих организаций могут иметь группу V.
7. Защита от статического и атмосферного электричества.
7.1. Защита от статического электричества.
7.1.1. Возникновение заряда статического электричества.
В производственных условиях широко используются и получаются вещества, обладающие диэлектрическими свойствами, что способствует возникновению зарядов статического электричества (СЭ). Электрические разряды в таких системах часто являются причиной взрывов и пожаров. Кроме того, статическое электричество является причиной снижения точности показаний электрических приборов и надёжности работы средств автоматики. Определённое негативное воздействие статическое электричество оказывает на человека, приводя, например, к рефлекторным телодвижениям при кратковременном (доли секунды) протекании электрического тока во время электрических разрядов. Это обстоятельство может вызвать травмирование персонала, например, при падении с высоты или попадании в опасную зону машин и механизмов.
По современным представлениям статическое электричество возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твёрдых веществ. При этом на поверхности соприкосновения образуется двойной электрический слой, состоящий из расположенных определённым образом электрических зарядов противоположных знаков.
Двойной электрический слой образуется в месте контакта поверхностей. При разделении материалов происходит механический разрыв зарядов двойного слоя, создаётся разность потенциалов (U, В) и заряды начинают перемещаться в точку начала разделения поверхностей веществ А (рис. 8). При достаточно большой величине U в зазоре разрыва поверхностей возникает газовый разряд. При перемещении зарядов по разделяемым поверхностям и газовому промежутку возникает соответственно ток омического сопротивления (Iо, А) и ток газового разряда (ионизации) (Iи, А). Если время разделения поверхностей будет меньше времени перемещения зарядов в точку А, то поверхности после разделения будут иметь остаточные электрические заряды, что и создаёт разность потенциалов, а вместе с нею и электростатическое поле. Такое явление называется электризацией. Электризация твёрдых тел на производстве возможна, например, при движении ремённых передач, транспортёрных лент, запылённых газов в трубопроводах, пневмотранспорте сыпучих материалов, дроблении, перемешивании и в др. ситуациях. Электризации подвержены также жидкости с низкой электропроводностью, например, нефтепродукты, движущиеся по трубопроводам или перемешивающиеся в ёмкостях, аппаратах.

Рисунок 8. Схема электризации твёрдых материалов при разделении.
Iо – ток, обусловленный омической проводимостью разделяемых поверхностей; Iи – ток ионизации в зазоре между разделяемыми поверхностями; А – точка начала разделения поверхностей.
Явление возникновения электрических зарядов при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников или металлов с различными физико-химическими свойствами называется трибоэлектризацией (от греч. tribos – трение).
В производственных условиях электризация зависит от многих факторов и, прежде всего, от физико-химических свойств перерабатываемых (перемещаемых) материалов и характера технологического процесса.
Так, например, степень электризации зависит от величины удельного электрического сопротивления материала (ρ, Ом·м). При ρ 1·106 Ом·м электризация практически не происходит. Вещества, имеющие ρ > 1·108 Ом·м электризуются хорошо (полистирол, стекло, жидкие углеводороды, синтетические волокна, прорезиненные ткани и др.).
На степень электризации влияет также относительная влажность воздуха и его температура, скорость движения жидкости и материала, степень дробления твёрдого материала и жидкости и др. факторы.
7.1.2. Опасность разрядов статического электричества в производственных условиях.
Разряд статического электричества происходит тогда, когда напряжённость электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника достигает критической (пробивной) величины, которая для воздуха составляет около 30 кВ/см.
Безопасной считается такая степень электризации поверхности веществ, при которой максимальные значения поверхностной плотности заряда не превосходят предельно допустимой величины для данной среды. За предельно допустимую величину поверхностной плотности заряда принято такое её значение, при котором максимально возможная энергия разряда (W, Дж) не превышает 0,25 минимальной энергии воспламенения (зажигания) горючих смесей различных веществ с воздухом.
Энергия разряда при этом определяется по формуле:
W = 0,5C·U2 = 0,5Q·U (8)где W – энергия разряда (искры), Дж;
C – электрическая ёмкость разрядной цепи, Ф;
U – разность потенциалов между электродами, В;
Q – величина заряда, Кл.
Минимальная энергия зажигания некоторых веществ в смеси с воздухом составляет (W, мДж): водород – 0,019; ацетилен – 0,19; метан – 0,28; монооксид углерода (угарный газ) – 8,0; уголь (пыль) – 40; алюминий (порошок) – 50.
Разность потенциалов (U, В) относительно земли при электризации диэлектриков может достигать: при выпуске из баллона ацетилена, увлажнённого ацетоном – 900; при выпуске углекислого газа из баллона – 8000 (по резиновому шлангу – 10000); при завихрении угольной пыли – 10000; при движении резиновой ленты транспортёра – 45000; при движении кожаного приводного ремня – 80000.
Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях. Электризация тела человека происходит при ношении одежды из синтетических тканей, работе с наэлектризованными предметами и в др. случаях. Накопление зарядов на теле человека возможно и тогда, когда он изолирован от земли и заземлённых предметов диэлектрическими обувью, полами, перчатками.
Количество накопившихся на людях зарядов статического электричества может быть достаточным для искрового разряда при контакте с заземлённым предметом, например, с железобетонной колонной здания. При этом энергия разряда (W, мДж) определяется формулой:
W = 33,34·10–9 [lg(H – 130)k]U2 (9)

где Н – рост человека, см;
k – коэффициент, характеризующий материал покрытия пола.
В производственных условиях энергия разряда статического электричества, накопившегося на человеке, составляет около 50 мДж, что достаточно для зажигания горючих газовоздушных и аэрозольных систем.
7.1.3. Основные способы и средства защиты от разрядов статического электричества.
Главными направлениями в предупреждении проявления опасных и вредных факторов статического электричества являются предупреждение возникновения и накопления зарядов, а также создание условий их рассеивания.
К основным инженерным мерам защиты от разрядов статического электричества относятся:
заземление оборудования и коммуникаций, выполненных из электропроводных материалов;
уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ;
снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества;
нейтрализация зарядов статического электричества;
отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях.
Заземление оборудования и коммуникаций:
Заземление – наиболее простая и часто применяемая на практике мера защиты от статического электричества. Каждую систему аппаратов и трубопроводов, где возможно появление зарядов статического электричества, следует заземлять не менее, чем в двух местах. Особое внимание при этом уделяется дробилкам, смесителям, компрессорам, насосам, фильтрам, пневмосушилкам, транспортёрам, сливо-наливным устройствам и др. оборудованию, в котором быстро возникают опасные потенциалы статического электричества.
Резиновые шланги с металлическими наконечниками, предназначенные для налива (слива), например, нефтепродуктов, заземляются медной проволокой (диаметром около 3 мм), обвитой по шлангу снаружи (шаг 100 мм) с припайкой одного её конца к металлическому трубопроводу, а другого – к наконечнику шланга.
Предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства при этом составляет 100 Ом.
Неметаллическое оборудование считается электрически заземлённым, если сопротивление любой его точки относительно заземляющего устройства не превышает 100 МОм.
Уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ:
Если заземлением оборудования не удаётся предотвратить накопления зарядов статического электричества, то принимаются меры по уменьшению поверхностных и объёмных электрических сопротивлений обрабатываемых материалов. Это достигается повышением относительной влажности, химической обработкой поверхности, применением антистатических веществ, нанесением электропроводных плёнок. Эффективный отвод зарядов статического электричества обеспечивается при относительной влажности воздуха 65 ⎯ 70 %, т.к. при этом на поверхности материала и оборудования образуется электропроводная плёнка воды.
Для уменьшения электрического сопротивления твёрдых диэлектриков и диэлектрических жидкостей в них вводятся антистатические присадки, увеличивающие объёмную проводимость этих материалов (графит, сажа, мелкодисперсный металл).
Если оборудование выполнено из диэлектрического материала, то оно покрывается проводящими электрический ток веществами и заземляется (например, металлизация пластмасс, окраска электропроводными эмалями и др.).
Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества:
Достигается этот результат подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания жидкостей и дробления твёрдых материалов, отводом зарядов статического электричества, очисткой газов и жидкостей от взвешенных примесей и др.
Безопасные скорости транспортировки жидких и пылевидных веществ зависят от их удельного объёмного электрического сопротивления (ρv, МОм·м). Так, например, для жидкостей с ρv < 0,1 МОм·м допустимая скорость транспортировки ≤ 10 м/с, а при с ρv < 1000 МОм·м ≤ 5 м/с.
При наполнении жидкостями ёмкостей необходимо исключать их разбрызгивание, распыление и бурное перемешивание, подавая струю под слой жидкости вдоль наиболее длинной стенки со скоростью 0,5 ⎯ 0,7 м/с. Во время наполнения или опорожнения ёмкостей отбор горючих жидкостей из них производить нельзя, т.к. возможный искровой разряд статического электричества может воспламенить пробу.
Нейтрализация зарядов статического электричества:
Если вышеуказанными способами цель не достигается, то для защиты от статического электричества применяется нейтрализация зарядов ионизацией воздуха в местах их возникновения и накопления. Ионизаторы воздуха в зависимости от принципа действия делятся на индукционные, радиоизотопные и комбинированные.
Индукционные ионизаторы работают по принципу создания коронного (тихого) разряда в воздухе за счёт создания электрического поля высокой напряжённости вблизи заряженного статическим электричеством тела. Образующиеся при этом ионы нейтрализуют накопленные заряды. Индукционные ионизаторы просты и дёшевы и поэтому наиболее распространены на практике.
Радиоизотопные нейтрализаторы представляют собой радиоактивные вещества – источники ионизирующих излучений (α, β, γ), причём, целесообразно использовать α и β лучи, обладающие наибольшей ионизирующей способностью. На практике применяются такие радиоактивные вещества, как: 239Pu (Плутоний); 147Pm (Прометий); 3Н (Тритий). Радиоизотопные нейтрализаторы сами по себе опасны для человека из-за наличия ионизирующего излучения, поэтому находят ограниченное применение.
При сильной электризации оборудования применяются комбинированные ионизаторы – сочетание радиоизотопных и индукционных ионизаторов.
Отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях:
Основными способами отвода зарядов статического электричества являются:
устройство электропроводящих полов или заземлённых зон, помостов и рабочих площадок;
заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов;
обеспечение персонала токопроводящей обувью и антистатической спецодеждой. Кроме того, на предприятиях, где возможно появление статического электричества, целесообразно не носить одежду из синтетических материалов (найлона, перлона, и др.) и шёлка, а также колец и браслетов, на которых аккумулируются заряды статического электричества.
Покрытие пола и обувь считаются электропроводящими, если удельное сопротивление между электродом, установленным на полу (внутри обуви) и землёй не превышает 100 кОм·м (бетон, кирпич, метлахская плитка и др. материалы).
К непроводящим покрытиям относятся: асфальт; настил из обычной резины; линолеум.
7.2. Защита от атмосферного электричества.
7.2.1. Возникновение зарядов статического электричества в атмосфере.
Электрические заряды, формирующие грозовые разряды возникают в облачном воздухе атмосферы. Электричество безоблачной атмосферы (атмосферы «хорошей» погоды) является фоном для электрических процессов в облаках.
Электрическое поле «хорошей» погоды направлено сверху вниз, т.е. земля заряжена отрицательно, а атмосфера – положительно. Это направление поля считается нормальным, а вертикальный градиент электрического потенциала (далее – потенциала) – положительным. У поверхности земли градиент потенциала составляет в среднем ~ 130 В/м.
Электричество «хорошей» погоды обусловлено наличием в атмосфере так называемых лёгких аэроинов, которые появляются за счёт ионизации воздуха при распаде радиоактивных веществ как в земле (почве), так и в атмосфере. Кроме того, ионизация воздуха происходит под действием космических лучей, однако в тропосфере этот процесс малоинтенсивен.
За счёт наличия градиента потенциала в атмосфере «хорошей» погоды в воздухе протекают токи диффузии, конвекции и проводимости, величина которых в совокупности составляет ~ 3∙10-12 А/м2.
С появлением в атмосфере различного рода аэрозолей напряжённость электрического поля (градиент потенциала) несколько возрастает, однако существенно величина электрических токов при этом не увеличивается.
С развитием в тропосфере мощных конвективных потоков воздуха в летнее время появляются кучевые облака разных типов, которые представляют собой аэрозольные системы. Скорость конвективных потоков при этом может достигать 50 м/с. Наряду с конвективными в таких облаках развиваются и мощные турбулентные потоки воздуха. Мощность кучевых облаков по высоте достигает 5…7 км, а диаметр их – 10-ти км и более. Часть кучевого облака располагается над нулевой изотермой атмосферы, что способствует образованию твёрдофазной воды (снежинки, крупа, градины). Кучевое облако при этом трансформируется в кучево-дождевое, в котором аэрозольные частицы воды на высоте ниже нулевой изотермы укрупнены до диаметра ~ 1 мм за счёт слияния более мелких – диаметром ~ 50 мкм.
В кучево-дождевом облаке за счёт мощных воздушных потоков идёт сильная трибоэлектризация частиц, составляющих дисперсную фазу облачного аэрозоля. При этом могут создаваться флуктуации как положительных, так и отрицательных зарядов, имеющих в поперечнике километровые размеры. Напряжённость электрического поля между соседними флуктуациями и землёй при разноимённых зарядах достигает 9·105 В/м и более, что способствует возникновению газового электрического разряда – молнии.
Развитие разряда, например, из облака, на землю начинается с образования стримера (от англ. stream – течь, проноситься), который с большой скоростью (до 106 м/с) начинает движение в воздухе к заряду противоположного знака. Стример ещё не молния, а лишь её лидер, обеспечивающий за счёт фотоионизации воздуха извилистый и ветвящийся токопроводный канал в атмосфере. По каналу лидера развивается с поверхности земли главный возвратный удар молнии, который и переносит основной электрический заряд кучево-дождевого облака.
Скорость распространения главного удара достигает 108 м/с, а сила электрического тока составляет при этом ~ 2∙105 А. Спустя сотые доли секунды описанный процесс повторяется многократно. В среднем молния состоит из трёх главных ударов (разрядов).
После описанных процессов начинается восстановление прежнего значения напряжённости электрического поля, которое происходит ~ 7 с и ситуация повторяется. Заканчиваются грозовые разряды тогда, когда снижается мощность конвективных потоков воздуха за счёт охлаждения поверхности земли осадками, или когда расходуется накопленный заряд атмосферного электричества.
7.2.2. Опасность разрядов атмосферного электричества.
При грозовом разряде в течение короткого промежутка времени (~ 100 мкс) при величине электрического тока молнии ~ 2∙105 А в разрядном канале развивается температура до 30000 °С. За счёт этого быстро расширяется нагретый воздух и возникает взрывная волна (гром), способная производить локальные разрушения объектов при прямых ударах в них молнии.
Высокая температура молнии является мощным импульсом воспламенения всех горючих веществ, что приводит к взрывам и пожарам на производстве, а также в быту и в природных условиях (например, масштабные лесные пожары).
Прямые удары молнии (ПУМ) могут вызвать человеческие жертвы. Опасными факторами также являются вторичные проявления молнии в виде электростатической и электромагнитной индукции.
Электростатическая индукция проявляется тем, что на изолированных от земли металлических предметах наводятся опасные электрические потенциалы, в результате чего возможно искрение между отдельными проводящими элементами конструкций и оборудования, что может вызвать взрывы и пожары.
В результате электромагнитной индукции, обусловленной быстрым изменением силы тока молнии, в металлических незамкнутых контурах наводится ЭДС, что приводит к опасности искрообразования между ними в местах сближения этих контуров.
Во время ударов молнии в различные объекты, находящиеся вдали от производственных зданий и сооружений, возможно проникновение (занос) электрических потенциалов в них по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям – эстакадам, монорельсам и канатам подвесных дорог, трубопроводам, оболочкам электрических кабелей и др.
Кроме указанных опасностей грозовые разряды снижают безопасность полётов авиации, вызывают нарушение работы линий электропередачи и связи, генерируют интенсивные радиопомехи и др.
7.2.3. Защита производственных зданий и сооружений от молнии (молниезащита).
Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности материалов, оборудования, сооружений и зданий от возможных загораний и разрушений, вызванных воздействием молнии.
При разработке средств молниезащиты все защищаемые объекты подразделяются на две группы:
обычные объекты (жилые и административные здания и сооружения, высотой не > 60 м, предназначенные для промышленного и сельскохозяйственного производства, и торговли);
специальные объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения, а также для социальной и физической окружающей среды, в которых при ударе молнии могут произойти вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы. К специальным объектам относятся также строения высотой > 60 м, игровые площадки, строящиеся объекты.
По уровню защиты от ПУМ обычные объекты подразделяются на четыре класса:
I – надёжность защиты 0,98;
II – надёжность защиты 0,95;
III – надёжность защиты 0,90;
IV – надёжность защиты 0,80;
Надёжность молниезащиты определяется по формуле:

N = 1 – Р, (10)
где Р – предельно допустимая вероятность удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами – устанавливается в зависимости от значимости объекта и тяжести возможных последствий.
Для специальных объектов надёжность защиты от ПУМ устанавливается в пределах от 0,9 до 0,999 в зависимости от значимости объекта и тяжести возможных последствий при прямых ударах молнии.
Защита от прямых ударов молнии:
Комплекс средств от прямых ударов молнии включает в себя устройства защиты от ПУМ (внешняя молниезащита) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя молниезащита).
Внешняя молниезащитная система (МЗС) может быть изолированной от защищаемого сооружения (отдельно стоящие стержневые или тросовые молниеотводы, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), или установленной непосредственно на нём и даже быть его частью.
Внутренняя МЗС предназначена для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрения внутри объекта. Токи молнии, попадающие в молниеприёмники, отводятся в заземлитель через систему токопроводов (спусков) и растекаются в земле.
Внешняя МЗС состоит из молниеприёмников, токоотводов и заземлителей. В качестве искусственных молниеприёмников могут использоваться стержни, натянутые провода (тросы), металлические сетки. В качестве естественных молниеприёмников могут быть использованы следующие конструктивные элементы зданий и сооружений: металлическая кровля; металлические конструкции крыши (ферма и др.); металлические элементы украшений; водосточные трубы и т.п. при условии, что толщина их стенки не < 4 мм.
Токоотводы для снижения вероятности опасного искрения располагаются так, чтобы между точкой поражения и землёй ток растекался по нескольким путям, которые должны иметь минимальную длину. Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами: металлические конструкции; металлический каркас здания; соединённая между собой стальная арматурная сетка и др. элементы при условии, что соединения между разными элементами их надёжны и долговечны.
Заземлители во всех случаях, за исключением отдельно стоящего молниеотвода, совмещаются с заземлителями электроустановок и средств связи. В качестве заземлителей используются вертикальные электроды, электроды, уложенные на дне котлована, заземлённые металлические сетки. При использовании в качестве естественных заземлителей арматуры конструкций из напряжённого железобетона необходимо помнить, что ток может ослабить её (за счёт нагрева) и вызвать тем самым разрушение конструкции. Сопротивление заземлителя при этом должно быть не более 100 Ом.
Защита от вторичных воздействий молнии электрических и электронных систем: При разработке способов защиты в этом случае определяются защитные зоны вокруг защищаемого объекта (рис. 9).

Рисунок 9. Зоны защиты от вторичных воздействий молнии.
Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на их границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значение параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в её пространстве.
Зона 0 – пространство, где каждый объект подвержен прямому удару молнии с протеканием полного тока молнии. Здесь электромагнитное поле имеет максимальное значение.
Зона 1 – пространство, где объекты не подвержены ПУМ, и ток во всех проводящих элементах внутри здания меньше, чем в зоне 0; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.
Другие зоны устанавливаются, если требуется дальнейшее уменьшение тока, напряжения и электромагнитного поля.
На границах зон осуществляется экранирование и соединение всех пересекающих границу зон металлических элементов и коммуникаций между собой.
Защитное экранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помех работе радиоэлектронных и др. подобных устройств. В качестве экрана широко используются металлические конструкции строительных сооружений (стальная арматура стен, полов, детали крыши, решётки и т.п.). Все названные элементы объекта защиты электрически объединяются и соединяются с МЗС.
Соединения металлических элементов необходимы для уменьшения разности потенциалов между ними внутри защищаемого объекта. Осуществляются соединения с помощью специальных проводников и зажимов.
Соединения на границе зон производятся через каждые 5 м. Минимальное поперечное сечение медных или стальных оцинкованных проводников, используемых для соединений – 50 мм2.
Приложения
Защитное зануление электроустановок.
1.1. Общие положения.
Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ представляет собой преднамеренное электрическое соединение открытых нетоковедущих проводящих (электропроводных) частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции могут оказаться под напряжением, с нулевым проводом электросети трёхфазного переменного тока (система TN), с одновременной установкой отключающих устройств на фазных проводах, питающих эти электроустановки.
Если после этого произойдёт нарушение изоляции одного из фазных проводников и он коснётся нетоковедущей проводящей части электрооборудования (например, металлического корпуса), то по петле «фаза – нуль» потечёт электрический ток «короткого замыкания», имеющий большую величину (1000 А и более). При этом за счёт большого тока, многократно превышающего рабочую величину, срабатывает отключающее устройство, разъединяющее электрическую цепь «фазный провод электросети – аварийный участок электроустановки». При реализации системы защитного зануления не допускается установка отключающего устройства на нулевом проводе.
Однако открытые проводящие части электроустановки в течение времени размыкания указанной выше электрической цепи будут находиться под напряжением относительно земли и человек, касаясь их в этот момент, может быть поражён. Если же при этом уменьшать время, затрачиваемое на размыкание электрической цепи (время отключения), то доза электроэнергии, полученная человеком при прикосновении его к корпусу электроустановки в момент срабатывания отключающего устройства, будет также уменьшаться и, как следствие, будет уменьшаться опасность поражения электрическим током. При достижении дозы электроэнергии, равной или меньшей допустимой величины, обеспечивается защита человека от поражения электрическим током.
Принцип действия защитного зануления заключается в превращении замыкания на корпус электроустановки её токоведущих частей в однофазное короткое замыкание (т.е. между фазным и нулевым защитными проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, и тем самым отключить повреждённую электроустановку от питающей электросети.
Иначе принцип защитного действия защитного зануления заключается в отключении электропитания от аварийного участка электрооборудования за такой малый промежуток времени, при котором доза электроэнергии, полученная человеком при прикосновении его к корпусу электроустановки в момент срабатывания отключающего устройства, не превысит допустимых значений.
Электрическую цепь, по которой протекает ток короткого замыкания, принято называть петлёй «фаза – нуль». Защитное зануление является частным случаем автоматического отключения электропитания.
Допустимое время срабатывания отключающих устройств, регламентированное ПУЭ, указано в табл. П1.1.
Таблица П1.1.
Наибольшее допустимое время отключения электроснабжения аварийных
электроустановок при их защитном занулении
Номинальное фазное
напряжение uф, В Время отключения, с
127 0,8
220 0,4
380 0,2
Более 380 0,1
В качестве отключающих устройств, как правило, применяются плавкие вставки, которые расплавляясь под действием электрического тока «короткого замыкания» (далее – КЗ), разрывают цепь электропитания аварийного участка электроустановки, а также автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем в цепи токов короткого замыкания.

Рисунок П1.1. Принципиальная схема зануления в системе TN - S
1 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители); 2 – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.): R0 – сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; Rп – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; Iк – ток КЗ; Iн – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; Iз – часть тока КЗ, протекающего через землю.
Область применения защитного зануления – трёхфазные четырёх- и пятипроводные сети напряжением до 1000 В с заземлённой нейтралью.
1.2. Расчёт защитного зануления на отключающую способность.
При замыкании фазного провода на занулённый корпус электроустановка автоматически отключается, если значение тока однофазного короткого замыкания удовлетворяет условию:
Iкз k·Iнп (П1.1)
где Iнп – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или автоматического выключателя, А;
k – коэффициент кратности номинального тока плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя, при котором обеспечивается регламентируемое ПУЭ время отключения аварийного электрооборудования от источника электроэнергии (определяется по табл. П1.2).
Номинальным током плавкой вставки (Iнп, А) называется ток, значение которого указано (выбито) непосредственно на вставке заводом-изготовителем. При этом токе плавкая вставка может работать сколь угодно долго, не расплавляясь и не нагреваясь выше установленной заводом-изготовителем температуры.
Таблица П1.2.
Значение коэффициента кратности номинального тока плавкой вставки
предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического
выключателя

п/п Тип защиты электроустановки k
1. Автоматический выключатель, имеющий только электромагнитный расцепитель, срабатывающий без выдержки времени 1,25 – 1,4
2. Плавкий предохранитель > 3
3. Плавкий предохранитель (во взрывоопасных помещениях) > 4
4. Автоматический выключатель с обратнозависимой от тока характеристикой (как предохранитель) > 3
5. Автоматический выключатель с обратнозависимой от тока характеристикой (во взрывоопасных помещениях) > 6




Для определения величины тока короткого замыкания, протекающего по петле «фаза – нуль», необходимо знать значения всех сопротивлений, встречающихся на его пути. Этими сопротивлениями обладают аварийный фазный и нулевой защитный проводники, а также обмотки источника питания (чаще всего это вторичные обмотки трёхфазного трансформатора). Рассматриваемые сопротивления могут быть как активными (омическими), так и реактивными (индуктивными). На рис. П1.2 приведена полная расчётная схема защитного зануления.
31013401918970IЗ

00IЗ

283464022428200015773401776095R0

00R0

27774901071245ZН
00ZН
38442901071245IКЗ
кз
00IКЗ
кз
366331514331950053778151718945Rпз
00Rпз
5358765899795XП
00XП
2710815299720IКЗ
00IКЗ
2606040604520001729740213995ZТ/3
00ZТ/3
3796665223520ZФ
00ZФ
60579063309500491490852170UФ
00UФ
135826516808450051492151680845001767840575945002748915140462000381571557594500145351514903450014535152290445006724651490345005234940130937000524446566167000506349077597000517779011569700051682659950450051587408331200065341567119500
60579022415500
Рисунок П1.2. Полная расчётная схема защитного зануления (схема замещения).
Iкз – ток короткого замыкания в фазном проводе; Iз – ток, протекающий через сопротивление заземления нейтрали трансформатора и сопротивления повторного заземления нулевого проводника; Uф – фазное напряжение, В; Zт/3 – полные сопротивления обмоток трансформатора; Zф – полное сопротивление фазного проводника; Zн – полное сопротивление нулевого защитного проводника; Xп – внешнее индуктивное сопротивление петли «фазный проводник – нулевой защитный проводник» (петля «фаза – нуль»); R0 – сопротивление заземления нейтрали трансформатора; Rпз – сопротивление повторного заземления нулевого проводника.
Из схемы видно, что ток короткого замыкания зависит от фазного напряжения и полного сопротивления цепи, складывающегося из полных сопротивлений обмотки трансформатора – Zт/3, фазного проводника – Zф, нулевого защитного проводника – Zн, внешнего индуктивного сопротивления петли «фаза – нуль» – Xп, активных сопротивлений повторного заземления нулевого проводника – Rпз и заземления нейтрали трансформатора – R0.
Поскольку R0 и Rпз, как правило, велики по сравнению с другими элементами цепи, параллельная ветвь, образованная ими, создаёт незначительное увеличение тока КЗ, что позволяет пренебречь им. В то же время, такое допущение ужесточает требование к защитному занулению и значительно упрощает расчётную схему (рис. П1.3).
2558415185420RФ
00RФ
662940547370006629401452245003682365185420XФ
00XФ
1158240223520ZТ/3
Z т/3
00ZТ/3
Z т/3
615315909320UФ
00UФ
193929014046200012249155187950025488905092700036728401499870003720465149034500370141514236700039681151423670003834765142367000739140149034500423481570929500438721588074500437769091884500448246511283950044824658712200044824659950450045491406045200040824156045200039395405187950036633156140450038061905187950036728405283200070104060452000
4715510276225ХП
00ХП

366331593345XН
00XН
1958340185420RН
00RН

Рисунок П1.3. Упрощённая расчётная схема защитного зануления (схема замещения).
Rн – активное сопротивление нулевого защитного проводника; Rф – активное сопротивление фазного проводника; Хф – внутреннее индуктивное сопротивление фазного проводника; Хн – внутреннее индуктивное сопротивление нулевого защитного проводника.
В этом случае выражение для тока КЗ (Iкз, А) в комплексной форме будет
Iкз = UфZт 3 + Zф + Zн + iXп (П1.2)
где Zт/3 – комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом;
Zф = Rф + iХф – комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом;
Zн = Rн + iXн – комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом;
Rф и Rн – активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;
Хф и Xн – внутренние индуктивные сопротивления соответственно фазного и нулевого защитного проводников, Ом;
Xп – внешнее индуктивное сопротивление контура с током КЗ (петли «фаза – нуль»), Ом.
Модули сопротивлений обмотки трансформатора – Zт/3 и – Zп складывается арифметически.
Это допущение также ужесточает требования безопасности и поэтому возможно, хотя и вносит некоторую неточность (около 5 %).
Полное сопротивление петли «фаза – нуль» в действительной форме (модуль) определяется из выражения
Zп= (Rф + Rн)2+(Xф+ Xн +Xп)2 (П1.3) Окончательно формула для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания (Iкз, Ом) принимает вид
Iкз = UфZт 3 + Rф + Rн2+Xф+ Xн +Xп2 (П1.4)
Формула для проверочного расчёта определяется из выражений (П1) и (П4) с учётом коэффициента кратности k тока короткого замыкания, определяемого требованиями к защитному занулению
k∙Iнп=UфZт 3 + Rф + Rн2+Xф+ Xн +Xп2 (П1.5)
(номинальный ток плавкой вставки (Iнп, А), которой защищён электроприёмник, принимается по табл. П1.3).
Таблица П1.3
Номинальные токи плавких вставок предохранителей

п/п Тип
предохранителя Номинальный ток плавкой вставки Iнп, А
1. НПИ 15 6; 10; 15
2. НПН 60М 20; 25; 35; 45; 60
3. ПН-2-100 30; 40; 50; 60; 80; 100
4. ПН-2-250 80; 100; 120; 150; 200; 250
5. ПН-2-400 200; 250; 300; 350; 400
6. ПН-2-600 300; 400; 500; 600
7. ПН-2-1000 500; 600; 750; 800; 1000
Для предохранителей, предназначенных для защиты в электроприёмниках, имеющих небольшие пусковые токи (электронагревательные приборы, электроосветительные установки и т.п.), номинальные токи плавких вставок должны быть больше или равны номинальным токам этих электроприёмников (Iэп, А) (Iнп Iэп).
Для предохранителей, предназначенных для защиты в асинхронных электродвигателях, номинальные токи плавких вставок должны удовлетворять условию
(П1.6)
где Iн – номинальный ток электродвигателя, А;
ki – кратность пускового тока электродвигателя;
– коэффициент, учитывающий условия пуска электродвигателя.
Для электродвигателей с лёгким условием пуска (нечастые пуски, продолжительность пуска не > 10 с) = 2,5, а для электродвигателей с тяжёлыми условиями пуска (продолжительность пуска > 10 с, частые пуски и т.п.) = 2,0 – 1,6.
Кратность пускового тока для двигателей малой мощности (до 1 кВт) и без нагрузки на валу ki = 4 – 5.
Для двигателей бóльшей мощности (от нескольких кВт и выше) с тяжёлыми условииями пуска ki = 5 – 7.
Значение полного сопротивления масляных трансформаторов во многом определяется мощностью трансформатора, напряжением первичной обмотки, схемой соединения его обмоток, конструкцией трансформатора (толщиной стенок, объёмом бака, наличием и конструкцией охлаждающих труб, ферромагнитными свойствами стали сердечника и т.п.).
Значения полного сопротивления обмоток масляных трёхфазных трансформаторов приведены в табл. П1.4, из которой следует, что соединение обмоток по схеме «треугольник – звезда» (Δ/Y) предпочтительнее из-за значительно меньшего сопротивления, что обеспечивает лучшие условия безопасности при системе защитного зануления.
Таблица П1.4
Приближённые значения расчётных полных сопротивлений
Zт обмоток трёхфазных трансформаторов для Uвтор 380/220 В.
W,
кВА Uперв,
кВ Zт, Ом при схеме соединения обмоток W,
кВА Uперв,
кВ Zт, Ом при схеме соединения обмоток
Υ/Υ Δ/Y Y/Y Δ/Y
25 6-10 3,110 0,906 400 6-10 0,195 0,056
40 6-10 1,949 0,562 20-35 0,191 –
63 6-10 1,237 0,360 630 6-10 0,129 0,042
20-35 1,136 0,407 20-35 0,121 –
100 6-10 0,779 0,226 1000 6-10 0,081 0,027
20-35 0,764 0,327 20-35 0,077 0,032
160 6-10 0,487 0,141 1600 6-10 0,054 0,017
20-35 0,478 0,203 20-35 0,051 0,020
230 6-10 0,312 0,090 20-35 0,305 0,130 Значения активных сопротивлений медных и алюминиевых проводников определяются по известному выражению:
R = ρ·l/s (П1.7)
где s – сечение проводника, мм2;
l – длина проводника, м;
– удельное сопротивление проводника, равное: для меди 0,018; для алюминия 0,028 Ом·мм2/м;
Если в качестве нулевого защитного проводника используется алюминиевая оболочка кабеля, то её сечение определяется по табл.П1.5.
Таблица П1.5
Сечение алюминиевых оболочек кабелей (напряжением до 1 кВ).
Сечение жил фазных проводов, мм2 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240
Сечение алюминиевой оболочки, мм2. 33 37 43 46 57 65 82 102 115 128 165 200

Величина внешнего индуктивного сопротивления петли «фаза – нуль», на единицу её длины (Xп/l, Ом/км) определяется по формуле для двухпроводной линии с проводами круглого сечения одинакового диаметра
Xп/l=0,29lndr (П1.8)
где d – расстояние между проводниками, м;
r – радиус проводника, м;
Значения Хп/l можно получить также из табл. П1.6.
Значение внешнего индуктивного сопротивления петли «фаза – нуль» определяется по формуле
Xп = Xп/l ·lп (П1.9)

где lп – длина петли «фаза – нуль», км.
Таблица П1.6.
Значения внешнего индуктивного сопротивления (Хп/l)
для проводников c диаметром d.
d, м 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0 3,0
Xп/l, Ом/км 0,335 0,425 0,539 0,624 0,713 0,764
Значения индуктивных сопротивлений фазного и нулевого защитного проводников (Хф и Хн) для медных и алюминиевых проводников сравнительно мало (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими в данном расчёте можно пренебречь.
Как показывают измерения, сопротивление петли «фаза – нуль» в условиях эксплуатации включает сопротивления контактов и мелкие участки цепи (трансформатор – щит, двигатель – пускатель и т.п.) и имеют определённое значение, поэтому пренебрегать ими нельзя, особенно когда сопротивление петли находится на пределе допустимых величин. В расчёте эти сопротивления целесообразно учесть с помощью коэффициента запаса 1,1 к расчётному сопротивлению петли «фаза-нуль». Тогда формула для тока КЗ примет вид

k∙Iнп=Uф1,1Zт 3 + Rф + Rн2+Xф+ Xн +Xп2 (П1.10)
Если соотношение (П1.10) выполняется, то плавкая вставка или автоматический выключатель сработают и отключат аварийный участок цепи, в противном случае производится перерасчёт с изменением параметров отключающего устройства или электросети.
2. Расчёт защитного заземляющего устройства электрооборудования.
2.1. Общие сведения.
При эксплуатации производственного электрооборудования часто возникают аварийные ситуации, связанные с нарушением целостности электроизоляции его токоведущих частей, что приводит к так называемым замыканиям последних на нетоковедущие проводящие (электропроводные) части (как правило, таковыми являются металлические корпуса или оболочки электрооборудования). При этом между корпусом аварийного электрооборудования и землёй (площадка, пол, грунт и т.п.) создаётся разность потенциалов, т. е. электрическое напряжение, равное, например, при энергоснабжении трёхфазным переменным током фазному напряжению (Uф, В). Если человек, стоя на земле, прикоснётся к такому корпусу, то через него потечёт электрический ток ( Iч, А), величина которого по закону Ома определяется по формуле
Iч = Uф/Rч (П2.1.)
где Rч – активное сопротивление тела человека, Ом.
Например, при фазном напряжении 220 В и среднестатистическом сопротивлении тела человека 1000 Ом, сила электрического тока, протекающего через человека, будет равна 0,22 А, что в 2,2 раза превышает величину смертельного переменного тока промышленной частоты (50 Гц) – 0,1 А.
Учитывая невозможность идентификации человеком наличия напряжения на корпусе электрооборудования до момента прикосновения к последнему, защита от рассматриваемой опасности должна быть в постоянной готовности, независимо от наличия или отсутствия напряжения на корпусе электроприёмника. Этому условию удовлетворяет система защитного заземления электрооборудования.
Защитное заземляющее устройство (далее – защитное заземление) представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землёй нетоковедущих проводящих (электропроводных) частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции токоведущих частей последнего могут оказаться под напряжением по отношению к земле. Такими частями электрооборудования, как правило, являются детали его металлического корпуса.
Принцип защитного действия защитного заземления можно объяснить следующим образом: при параллельном включении в электрическую цепь «аварийный корпус – земля» сопротивлений защитного заземления и человека ток по ним по закону Кирхгоффа для разветвлённых электрических цепей распределяется обратно пропорционально величинам указанных сопротивлений, оставаясь практически неизменным в сумме, следовательно, уменьшение сопротивления защитного заземления до величины, обеспечивающей протекание безопасной силы электрического тока через человека, обеспечит его защиту от поражения.
Безопасная сила переменного тока промышленной частоты, протекающего через человека, равна 0,6 – 1,5 мА.
Наибольшая величина сопротивления заземляющего устройства, обеспечивающая указанное выше условие, называется допустимым сопротивлением защитного заземления.
Защитное заземление эффективно только в том случае, когда ток замыкания на землю любого из фазных проводов трёхфазной электрической сети переменного тока не увеличивается с уменьшением сопротивления заземляющего устройства, поэтому данное средство электробезопасности применяется в качестве основной меры защиты в электрооборудовании, питающемся от электросетей с изолированной нейтралью, и в электросетях с эффективно заземлённой нейтралью, так как только в них при замыкании на землю любого из фазных проводов величина тока замыкания на землю не зависит от сопротивления заземления.
Защитное заземление применяется как в стационарно установленном, так и в передвижном электрооборудовании, используемом, например, при ремонте линий электроснабжения в полевых условиях. Согласно требованиям Правил устройства электроустановок (далее – ПУЭ) допустимое сопротивление защитного заземления (Rдоп, Ом) электрооборудования, подключённого к электросети с изолированной нейтралью (система IT) напряжением менее 1 кВ, должно соответствовать условию:
Rдоп Uпр /Iзм , (П2.2.)
где Uпр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В; Iзм – расчётный ток замыкания на землю, А.
При этом, как правило, в электросетях напряжением менее 1 кВ не требуется принимать значение допустимого сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается обеспечивать сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность источника электроэнергии (электрогенератора или трансформатора) меньше или равна 100 кВА.
Допустимое сопротивление заземляющего устройства электрооборудования, питающегося электросетью системы IT напряжением более 1 кВ определяется по выражению (П2.3), но не более 10 Ом
Rдоп 250/Iзм (П2.3)
Допустимое сопротивление заземляющего устройства электрооборудования, питающегося электросетью с эффективно заземлённой нейтралью напряжением более 1 кВ должно быть равно 0,5 Ом.
При отсутствии информации о величине расчётного тока замыкания на землю допускается принимать допустимое сопротивление защитного заземления равным 0,5 Ом.
На практике с допустимой погрешностью, причём с ужесточением требований электробезопасности, применяется следующий способ определения величины допустимого сопротивления защитного заземления, используемого в качестве основной меры защиты персонала от поражения электрическим током: при напряжении в питающей электросети ≤ 1 кВ и мощности энергоисточника (электрогенератора или трасформатора) более 100 кВА Rдоп = 4 Ом; при напряжении в питающей электросети ≤ 1 кВ и мощности энергоисточника ≤ 100 кВА Rдоп = 10 Ом; при напряжении в питающей электросети более 1 кВ и мощности энергоисточника более 100 кВА Rдоп = 0,5 Ом.
2.2. Конструкция заземляющего устройства.
Конструктивно защитное заземление состоит из заземлителей, размещённых в грунте (земле), заземляющего проводника, частично размещённого в грунте, заземляющей шины, размещённой в помещении, где установлено электрооборудование (последние служат для подключения электрооборудования к защитному заземлению).
В качестве заземлителей используются как естественные проводящие конструкции зданий и сооружений, находящиеся в электрическом контакте с землей, так и искусственные устройства, предназначенные исключительно для целей защитного заземления.
В качестве естественных заземлителей, например, могут использоваться:
металлические обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. п.;
металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей;
свинцовые оболочки эллектрокабелей, проложенных в земле;
металлические шпунты гидротехнических сооружений и т. п.
Не допускается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих газов и их смесей, трубопроводов канализации и центрального отопления, а также железобетонные конструкции зданий и сооружений с предварительно напряжённой арматурой.
Конструкции из напряжённого железобетона нельзя использовать в качестве заземлителей потому, что при протекании электрического тока большой величины во время работы защитного заземления повышается пластичность арматурной стали и, соответственно, снижается прочность всей конструкции.
Искусственные заземлители (электроды) могут быть как вертикальными, так и горизонтальными.
В качестве вертикальных заземлителей чаще всего используются: прутковая (стержневая) сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более; стальные трубы диаметром 50 – 60 мм с толщиной стенки не менее 3,5 мм длиной 2,5 – 3,0 м; уголковая сталь с толщиной полок не менее 4 мм и шириной 40 – 60 мм такой же длины, как и у труб.
Для электрической связи вертикальных заземлителей и в качестве самостоятельного горизонтального заземлителя применяется полосовая сталь сечением не менее (4 × 12) мм2 и уголковая сталь с толщиной полок не менее 4 мм и шириной 40 – 60 мм.
Конструктивное исполнение искусственных заземляющих
устройств многообразно, так, например, они могут быть полностью заглублёнными в грунт или размещёнными на его поверхности, с заземлителями, расположенными в ряд (рис. П2.1а) и по контуру (рис. П2.1б), состоящими из вертикальных заземлителей (рис. П2.1а, П2.1б) и горизонтально расположенных металлических полос (рис. П2.1в) и других вариантов.

8636045466039471604546601931670412115
а) б) в)
Рисунок П2.1. Основные способы размещения заземлителей защитного заземления в грунте
(вид в плане).
а) – вертикальные заземлители размещены в ряд; б) – вертикальные заземлители размещены по контуру; в) – горизонтальные заземлители уложены параллельно друг другу на одинаковой глубине; 1 – вертикальные заземлители; 2 – внешний периметр здания; 3 – горизонтальные полосовые заземлители.
Заземлители не следует размещать вблизи горячих трубопроводов и других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна пропитка грунта нефтью, маслами и т. п., поскольку в таких местах удельное сопротивление грунта резко возрастает.
Если в грунте содержатся агрессивные вещества, могущие вызвать интенсивную коррозию заземлителей, то нужно увеличивать площадь их поперечного сечения или применять оцинкованные элементы защитного заземления. Нельзя применять антикоррозионную защиту заземлителей с использованием диэлектричесих материалов.
Размещать верхние концы вертикальных заземлителей рекомендуется на таком расстоянии от поверхности грунта (глубине) (h0, м), начиная с которого (по мере углубления) удельное сопротивление грунта (ρ, Ом·м) не зависит от климатических условий.
Схема размещения заземлителей в грунте (профильный разрез) представлена на рис. П2.2.
Верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяются стальной полосой только сварным способом. При этом соединительная полоса устанавливается в положение «на ребро» (рис. П.2.2.), что обеспечивает более надёжный электрический контакт между заземлителями, а, следовательно, минимальное сопротивление всей системы.
190627032385Рисунок П.2.2. Конструктивная схема размещения вертикальных и
горизонтального заземлителей в грунте (профильный разрез).
 Наиболее распространённое конструктивное исполнение защитного заземления (рис. П.2.3.) представляет собой систему, состоящую из вертикальных стержневых (трубчатых) и горизонтального полосового заземлителей, размещённых в грунте (земле) и заземляющего проводника, соединённого с заземляющей шиной (последняя расположена вне грунта, как правило, по внутреннему периметру помещения на его стенах в 20-ти см от пола и служит для подключения электрооборудования к заземляющему устройству). Заземляющая шина на рисунке не показана.

Рисунок П.2.3. Конструктивная схема защитного заземляющего
устройства (фронтальный разрез).
1 – горизонтальный заземлитель (соединительная полоса);
2 – поверхность земли (грунта); 3 – заземляющий проводник; 4 – вертикальный заземлитель; a – расстояние между соседними вертикальными заземлителями, м; b – ширина горизонтального полосового заземлителя (соединительной полосы), м; d – диаметр стержневого (трубчатого) заземлителя, м; h0 – расстояние верхнего конца заземлителей от поверхности грунта, м; L – длина соединительной полосы, м; t – расстояние середины вертикальных заземлителей от поверхности грунта, м.
Дополнительные сведения о заземлителях приведены в табл. П2.1.
Таблица П2.1.
Материалы и минимальные размеры заземлителей
Материал Профиль поперечного
сечения Диаметр,
мм Площадь поперечного сечения, мм2 Толщина
стенки, мм
Сталь
чёрная Круглый:
для вертикальных заземлителей;
для горизонтальных заземлителей 16 – –
10 – –
Прямоугольный – 100 4
Угловой – 100 4
Трубный 32 – 3,5
Сталь
оцинкованная Круглый:
для вертикальных заземлителей;
для горизонтальных заземлителей 12 – –
10 – –
Прямоугольный – 75 3
Угловой – 75 3
Трубный 25 – 2
Канат многопроволочный 1,8* 35 –
__________
* Диаметр каждой проволоки.
Соединение заземляющих проводников с заземлителями выполняется только сварным способом, а с проводящими корпусами электрооборудования – надёжным болтовым способом.
Соединение заземляющей шины (магистрали) с заземлителями выполняется не менее чем двумя заземляющими проводниками в разных местах.
2.2. Расчёт защитного заземляющего устройства стационарного электрооборудования
Исходными данными для расчёта являются:
напряжение в электросети, В;
мощность энергоисточника, кВА;
допустимое сопротивление защитного заземления;
удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м;
схема размещения защитного заземления в горизонтальной (план) и вертикальной (плоскостях);
геометрические параметры заземлителей (форма, диаметр, ширина, длина), м;
глубина размещения верхней части защитного заземления в грунте, м.
В результате расчёта определяются:
количество вертикальных заземлителей, шт;
длина горизонтального полосового заземлителя, м;
сопротивление защитного заземления (Rзу, Ом), удовлетворяющее условию электробезопасности Rзу ≤ Rдоп.
Порядок расчёта защитного заземляющего устройства, конструктивно выполненного по наиболее распространённой схеме, представленной на рис. 3.3:
Определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя (стержневого, трубчатого или уголкового) (RВ, Ом), погруженного на глубину h0 в грунт по формуле

(П2.4.)
где расч – расчётное удельное сопротивление грунта (определяется по формуле 3.5), Ом·м; l – длина заземлителя, м; d – внешний диаметр заземлителя, м; t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (определяется по формуле П.2.6), м.
Примечание: при использовании в качестве вертикальных заземлителей уголковой стали с шириной полки b в формулу 3.4 вместо диаметра d подставляется соотношение d = 0,95 b.
Расчётное удельное сопротивление грунта определяется по формуле
ρрасч = ρ·ψ (П2.5.)
где – принятое (измеренное) удельное сопротивление грунта, Ом·м (принимается по табл. П.2.2); – коэффициент сезонности, учитывающий сезонные изменения удельного сопротивления грунта (определяется по табл. П.2.3).
Расстояние от поверхности земли до середины заземлителя определяется по формуле
t = 0,5 l + h0 (П.2.6)
Таблица П.2.2.
Удельное электрическое сопротивление грунта
Наименование
грунта Удельное электрическое сопротивление, Ом·м
Глина 40
Суглинок 100
Песок 700
Супесок 300
Торф 20
Чернозём 20
Садовая земля 40
Каменистый грунт 650
Каменный уголь 150
Скалистый грунт 20000
Мергель, известняк 1500

Таблица П.2.3.
Климатические зоны России и соответствующие им
коэффициенты сезонности
Климатические факторы зоны и тип заземлителей Климатические зоны России
I II III IV
Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь), oС От – 20
до – 15 От – 14
до – 10 От – 10
до 0 От 0
до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль), oС От +16
до +18 От +18
до +22 От +22
до +24 От +24
до +26
Среднегодовое количество осадков, см ~40 ~50 ~50 30 – 50
Продолжительность замерзания вод, дни ~180 ~150 ~100 0
Коэффициенты сезонности ()
Вертикальные заземлители длиной 2 – 3 м при глубине заложения вершин 0,5 – 0,8 м1,8 – 2,0 1,5 – 1,8 1,4 – 1,6 1,2 – 1,4
Горизонтальные заземлители при глубине заложения 0,8 м4,5 – 7,0 3,5 – 4,5 2,0 – 2,5 1,5 – 2,0

Определяется сопротивление одиночного горизонтального полосового заземлителя (RГ, Ом), погруженного на глубину h0 в грунт по формуле
RГ= расч2π∙lln2L2b∙h0 (П2.7.)где L – длина горизонтального заземлителя, м; b – ширина горизонтального полосового заземлителя, м.
3. Определяется длина горизонтального заземлителя по одной из формул
L = 1,05а(nз – 1) при размещении заземлителей в ряд или
(П2.8)
L = 1,05а·nз при размещении заземлителей по контуру
где а – расстояние между соседними вертикальными заземлителями, м (принимается равным длине заземлител); nз – количество вертикальных заземлителей, шт., приближённо определяется по формуле
nз ≈ RВ/Rдоп (П2.9)
4. Определяется приближённая величина сопротивления защитного заземления (Rзу, Ом) по формуле
Rзу = Rв ∙ Rг Rв ∙ηГ+ Rг ∙ηв∙nз (П2.10)
где ηВ, ηГ – соответственно коэффициенты экранирования (использования) вертикальных и горизонтального заземлителей, определяются по табл. П2.4 и П2.5.
Таблица П2.4.
Коэффициенты экранирования (использования) вертикальных заземлителей
Количество заземлителей, шт 2 4 6 10 20 40 60 100
а/l Заземлители размещены в ряд 1 0.85 0.73 0.65 0.59 0.48 0.48 0.48 0.48
2 0.91 0.83 0.77 0.74 0.67 0.67 0.67 0.67
3 0.94 0.89 0.85 0.81 0.76 0.76 0.76 0.76
Заземлители размещены по контуру 1 0.69 0.69 0.61 0.56 0.47 0.41 0.39 0.36
2 0.78 0.78 0.73 0.68 0.63 0.58 0.55 0.52
3 0.85 0.85 0.8 0.76 0.71 0.66 0.64 0.62
Таблица 3.5.
Коэффициенты экранирования (использования) горизонтального заземлителя
Количество заземлителей, шт 2 4 6 10 20 40 60 100
а/l Заземлители размещены в ряд 1 0.85 0.77 0.72 0.62 0.42 0.42 0.42 0.42
2 0.94 0.80 0.84 0.75 0.56 0.56 0.56 0.56
3 0.96 0.92 0.88 0.82 0.68 0.68 0.68 0.68
Заземлители размещены по контуру 1 0.45 0.45 0.40 0.34 0.27 0.22 0.20 0.19
2 0.55 0.55 0.48 0.40 0.32 0.29 0.27 0.23
3 0.70 0.70 0.64 0.56 0.45 0.39 0.36 0.33
Если полученное сопротивление защитного заземления удовлетворяет условию электробезопасности Rзу ≤ Rдоп, то расчёт окончен. Если указанное условие не выполняется, то достичь его нужно методом итерации, т.е. путём последовательного изменения геометрических параметров заземлителей выполнять расчёты по выше приведённой схеме до обеспечения требования электробезопасности. Наиболее рациональным путём итерационного решения данной задачи является последовательное увеличение количества вертикальных заземлителей (nз).
Литература
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Изд. 7. Утв. Минэнерго РФ, приказ от 8.07.2002 г. № 204.
2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – 2-е изд. перераб. и доп. – М: Энергоатомиздат, 1984. – 442 с.

Приложенные файлы

  • docx 9178625
    Размер файла: 615 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий