Електроустановок

Однофазові замикання струму, які можуть виникнути в

електричних машинах, апаратах, приладах, на ЛЕП, небезпечні

тим, що на корпусах та опорах з'являються напруги, достатні

для ураження людини і виникнення пожежі. Струм замикання

створює небезпечні напруги не тільки на самому устаткуванні, а

й поблизу нього, розповсюджуючись через основи і фундаменти.

Захист від ураження електричним струмом і загорянь

можна здійснити захисним відключенням (відключають

пошкоджені ділянки мережі швидкодіючим захистом), або

захисним заземленням (знижують напруги дотику і кроку), або

зануленням (відключають устаткування і знижують напруги

дотику і кроку на період, доки не спрацює апарат, що

відключає). Розгляньмо ці найважливіші заходи захисту в

електроустановках (рис.11).

Захисне заземлення. Головне призначення захисного

заземлення - знизити потенціал на корпусі електроустаткування

до безпечного значення.

Захисним заземленням називається навмисне електричне

з'єднання з землею металевих неструмопровідних частин, що

можуть виявитися під напругою. Корпуси електричних машин,

трансформаторів, світильників, апаратів та інші металеві

неструмопровідні частини можуть виявитися під напругою при

замиканні їх струмопровідних частин на корпус. Якщо корпус

при цьому не має контакту з землею, дотик до нього є так само

небезпечним, як і дотик до фази. Якщо ж корпус заземлено, він

виявиться під напругою U з =I з rз, а людина, що торкається до

цього корпусу, потрапляє під напругу дотику (Uдот=U за1а2.

У цьому полягає сутність застосування захисного

заземлення. Захисне заземлення може бути ефективним у тому

разі, коли струм замикання на землю не збільшується зі

зменшенням опору заземлення. Це можливо в мережах з

ізольованою нейтраллю, де при замиканні на землю або на

заземлений корпус струм не залежить від провідності (чи

опору) заземлення, а також у мережах напругою понад 1000 В із

заземленою нейтраллю. В останньому випадку замикання на

землю є коротким замиканням, при цьому спрацьовує

максимальний струмовий захист. У мережі з заземленою

нейтраллю напругою до 1000 В заземлення неефективне, тому

що навіть при глухому замиканні на землю струм залежить від

опору заземлення, і зі зменшенням останнього струм зростає.

Зони застосування захисного заземлення:

• з напругою мережі до 1000 В змінного струму - трифазові

три-проводові з ізольованою нейтраллю; однофазові

двопроводові, ізольовані від землі, а також постійного

струму двопроводові з ізольованою середньою точкою

обмоток джерела струму;

• з напругою мережі понад 1000 В змінного і постійного

струму з будь-яким режимом нейтральної чи середньою

точкою обмоток джерел струму.

Захисному заземленню підлягає устаткування:

• у приміщеннях з підвищеною небезпекою й особливо

небезпечних, а також у зовнішніх установках заземлення є

обов'язковим при номінальній напрузі електроустановки вище

42 В змінного струму і понад 110 В постійного струму;

• у приміщеннях без підвищеної небезпеки заземлення є

обов'язковим при напрузі 380 В і вище змінного струму та

440 В і вище постійного струму;

• у вибухонебезпечних приміщеннях заземлення виконується

незалежно від значення напруги.

Заземлювальний пристрій складається із заземлювачів і

сполучної смуги. Розрізняють заземлювачі штучні, призначені

винятково для цілей заземлення, і природні (металеві

конструкції і комунікації іншого призначення, що перебувають у

землі). Як штучні заземлювачі використовують сталеві труби

діаметром 33-50 мм і кутову сталь (40x40...60x60 мм) з

товщиною стінок не менше 3, 5 мм (для зварювання) і

довжиною 2, 5-3 м; пруткову сталь діаметром не менше 10 мм

(довжиною до 10 м); сталеві шини перерізом не менше 100 мм2.

Вертикальні заземлювачі з'єднують у контур смугою зі сталі

перерізом не менше 4x12 мм або круглого перерізу діаметром не

менше 6 мм за допомогою зварювання.

Як природні заземлювачі можна використовувати: металеві

конструкції та арматуру залізобетонних конструкцій будинків

і споруд, що поєднані з землею; прокладені в землі водопровідні

труби і свинцеві оболонки кабелів; обсадні труби

артезіанських колодязів і шпар. При цьому забороняється

використовувати як природні заземлювачі трубопроводи з

пожежовибухонебезпечними рідинами і газами, алюмінієві

оболонки кабелів та алюмінієві провідники.

Заземлювальним пристроєм називається сукупність

заземлювачів - провідників (електродів), поєднаних між собою,

якщо вони перебувають у безпосередньому контакті з землею, та

заземлювальних провідників, які поєднують заземлювальні

частини електроустановки із заземлювачем.

Залежно від місця розміщення заземлювача щодо

заземлюваного устаткування розрізняють два типи

заземлювальних пристроїв: виносні та контурні.

Відповідно, і заземлювачі бувають двох типів - виносні та

контурні.

Перевагою виносного заземлювального пристрою є

можливість вибору місця розміщення електродів заземлювача із

найменшим опором ґрунту (сирий, глинистий, у низинах тощо).

Тут заземлені корпуси перебувають поза полем розтікання, тобто

виносне заземлення захищає тільки за рахунок малого опору

заземлення.

Контурний заземлювальний пристрій характеризується

тим, що електроди його розміщуються по контуру (периметру)

площини, на якій розташоване заземлювальне устаткування, а

також усередині цієї площини. Тут будь-яка точка поверхні

ґрунту усередині контуру має значний потенціал. Унаслідок

цього різниця потенціалів між точками, що містяться всередині

контуру, знижена, і коефіцієнт дотику а1 є набагато меншим за

одиницю. Струм крізь людину, що торкається корпуса, також є

меншим, ніж при виносному заземленні.

Іноді при виконанні контурного заземлення всередині

контуру прокладають горизонтальні смуги, що додатково

вирівнюють внутрішні потенціали контуру (заземлювач у

вигляді сітки). Усередині приміщень вирівнювання потенціалу

відбувається природним шляхом за рахунок наявності

металевих конструкцій, трубопроводів, кабелів і подібних їм

провідних предметів, пов'язаних з розгалуженою мережею

заземлення. Щоб зменшити напругу кроку за межами контуру,

вздовж проходів і проїздів у ґрунт закладають спеціальні шини.

У будинках прокладають магістраль заземлення

(усередині будинку уздовж стін), до якої приєднують

паралельно проводи, що заземлюють, від корпусів

електроустаткування, що підлягає заземленню (послідовне

включення заземлювального устаткування не допускається).

При цьому приєднання заземлювальної магістралі до

заземлювача (штучного чи природного) виконується у двох

місцях. З'єднання заземлювальних провідників між собою, а

також із заземлювачами і конструкціями, що заземлюються,

виконується, як правило, зварюванням, а з корпусами апаратів,

машин та іншого устаткування - зварюванням або за допомогою

болтів.

Для зв'язку вертикальних електродів і як самостійний

горизонтальний електрод застосовується штабова сталь

перерізом 4x12 мм. Для установки вертикальних заземлювачів

попередньо риють траншею глибиною 0, 7-0, 8 м, після чого

забивають труби або куточки за допомогою механізмів. Верхні

кінці заглиблених у землю вертикальних електродів з'єднують

сталевою смугою за допомогою зварювання. У таких же

траншеях прокладають горизонтальні електроди (на ребро для

кращого контакту з землею).

Як уже зазначалося, заземлення має забезпечувати безпеку

при дотику до неструмопровідних частин, які випадково

опинилися під напругою, і при дії напруги кроку, тому

нормуванню підлягають найбільша напруга дотику усередині

контуру, найбільша напруга кроку і напруга щодо землі.

Зануленням називається навмисне електричне з'єднання з

нульовим захисним провідником металевих неструмопровідних

частин, що можуть виявитися під напругою. Нульовий захисний

провідник - це провідник, що з'єднує занулювані частини з

глухоза-земленою нейтральною точкою обмотки джерела струму

або з її еквівалентом.

Занулення застосовується в чотирипроводових мережах

напругою до 1000 В із заземленою нейтраллю. З метою

зменшення тривалості режиму замикання на корпус

прокладається нульовий провід, що з'єднується з заземленою

нейтраллю джерела і повторних заземлень. При зануленні

корпусу електроустаткування з'єднуються не з заземлювачами, а

з нульовим проводом (див. рис. 11).

Занулення перетворює замикання на корпус в однофазове

коротке замикання, у результаті чого спрацьовує максимальний

струмовий захист і селективно відключає пошкоджену ділянку

мережі. Крім того, занулення знижує потенціали корпусів, що

з'являються в момент замикання на землю (на час, поки не

спрацьовує апарат, що відключає - запобіжники або автомат).

При замиканні на занулений корпус струм короткого замикання

проходить крізь наступні ділянки кола (коло занулення має дуже

малий опір - частки Ом): обмотки трансформатора, а також

фазовий і нульовий провід.

Занулення розраховується для визначення умов, при яких

воно надійно виконує своє завдання - швидко відключає

пошкоджену установку від мережі та водночас забезпечує

безпеку дотику людини до зануленого корпусу в аварійний

період. Відповідно до цього занулення розраховується на

відключальну здатність, а також на безпеку дотику до корпуса як

при замиканні фази на землю (розрахунок заземлення

нейтралі), так і при замиканні її на корпус (розрахунок

повторного заземлення нульового захисного провідника).

Згідно з Правилами техніки безпеки, загальний опір розтіканню

струму заземлювачів усіх повторних заземлень нульового

проводу кожної повітряної лінії в найнесприятливішу пору року

має бути не більше 5, 10 і 20 Ом при лінійних напругах 660, 380 і

220 В відповідно. При цьому опір розтіканню струму кожного з

повторних заземлень не має перевищувати 15, 30 і 60 Ом при тих

самих значеннях напруг.

Вимірювання опору петлі «фаза-нуль» необхідно проводити

при здавально-приймальних випробуваннях періодично (один

раз на п'ять років), а також при капітальних ремонтах і

реконструкціях мережі. Ці вимірювання слід виконувати на

найбільш потужних і якнайдалі розташованих від джерела

струму електроприймачах, але не менше ніж на 10% їх загальної

кількості.

Захисне відключення - швидкодіючий захист, що забезпечує

автоматичне відключення електроустановки при виникненні в

ній небезпеки ураження людини струмом. Така небезпека може

виникнути при замиканні фази на корпус, зниженні опору

ізоляції мережі нижче визначеної межі і, нарешті, в разі дотику

людини безпосередньо до струмопровідної частини, що перебуває

під напругою.

Захисне відключення застосовується в тих випадках, коли

інші захисні заходи (заземлення, занулення) є ненадійними,

складно здійснюваними (в умовах вічної мерзлоти та ін.), багато

коштують або коли до безпеки обслуговування ставляться

підвищені вимоги (у шахтах, кар'єрах), а також у пересувних

електроустановках. Зона застосування пристроїв захисного

відключення практично не обмежена, вони придатні для мереж

будь-якої напруги і з будь-яким режимом нейтралі. Проте

найбільшого поширення пристрої захисного відключення набули

в мережах до 1000 В (із заземленою й ізольованою нейтраллю).

Крім того, захисне відключення є незамінним для ручних

електроінструментів.

В усіх цих випадках небезпека ураження зумовлена

напругою дотику Uдот або струмом, що проходить крізь людину:

Uдот=ІhRh. Основними елементами пристроїв захисного

відключення є прилади захисного відключення й автомати.

Прилад захисного відключення складається з окремих елементів,

що сприймають вхідну величину, реагують на її зміни і при

заданому її значенні дають сигнал на відключення вимикача.

Цими елементами є: датчик - вхідний пристрій (як правило,

реле відповідного типу); підсилювач, що підсилює сигнал

датчика; коло контролю; допоміжні елементи (сигнальні лампи

і вимірювальні прилади - омметри тощо).

Основні вимоги, які ставляться до пристроїв захисного

відключення, такі: висока чутливість; незначний час

відключення; селективність дії; здатність здійснювати

самоконтроль справності; достатня надійність.

Залежно від прийнятих вхідних (контрольованих) величин

пристрої захисного відключення умовно поділяються на типи,

які: реагують на потенціал (напругу) корпуса щодо землі; на

струм замикання на землю; напругу нульової послідовності;

струм нульової послідовності; напругу фази щодо землі;

оперативний струм; а також вентильні схеми.