Защитные меры в электроустановках от поражения электрическим током
3.1 Устройства защиты человека от поражения электрическим током
В настоящее время существующие устройства защиты человека от поражения электрическим током осуществляют следующие функции:
1. Обеспечение недоступности для человека
элементов, находящихся под напряжением. К ним относятся различного рода ограждения, блокировки, сигнализация, размещение токоведущих элементов на недопустимой высоте и индивидуальные защитные средства. Такого рода устройства не допускают прикосновения к элементам электрической цепи, находящимся под напряжением и широко применяющимся во всех видах электроустановок, за исключением случаев, когда их использование мешает нормальному ходу технологического процесса.
2. Осуществление универсальности защиты во
всех электроустановках применением электрической изоляции соответствующего уровня, исходя из технологических и энергетических параметров электроустановки. Электрическая изоляция осуществляет все виды защиты. Однако в ряде случаев требования безопасности становятся определяющими (например, проектировании электроустановок для помещений особо опасных с точки зрения поражения людей электрическим током).
3. Применение изолирующих трансформаторов в
условиях повышенной опасности электрического тока для питания отдельных потребителей или групп потребителей. Главное их назначение – изолировать потребителей в условиях повышенной опасности от первичной распределенной сети и сети заземления, что позволяет резко снизить вероятность повреждений изоляции и уменьшить проводимость изоляции защищаемого участка по отношению к земле, т.е. осуществляется защита человека при прикосновении к элементам, нормально находящимся под напряжением, а также они препятствуют попаданию напряжения на нетоковедущие элементы электроустановок.
К разделительным трансформаторам предъявляются повышенные требования с точки зрения уровня изоляции и конструктивной надежности, определяемые из условий электробезопасности. Разделительные трансформаторы не изменяют величину напряжения, т.е. изготавливаются с коэффициентом трансформации, равным единице. Корпус трансформатора заземляют. Заземление вторичной
обмотки и корпусов потребителей, питающихся от разделительных трансформаторов, запрещено.
4. Применение пониженного напряжения,
безопасного для человека, которое может обеспечить нужную электробезопасность.
Напряжение прикосновения в соответствии с
действующими нормами определено Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем (РТБЭЭП). Наибольшее напряжение прикосновения на территории электроустановки и напряжения на заземляющем устройстве не должно превышать: 500В при длительности воздействия до 0,1с; 400В при длительности воздействия до 0,2с; 200В при длительности воздействия до 0,5с; 130В при длительности воздействия до 0,7с; 100В при длительности воздействия от 1 до 3с.
Промежуточные допустимые напряжения в интервале времени от 0,1 до 1с следует определять интерполяцией.
Правило устройства электроустановок (ПУЭ) требуют применять напряжение 42В и ниже переменного тока частотойт50Гц, 110В и ниже – постоянного тока для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и посторонних лиц. В условиях особой опасности поражения электрическим током для питания переносного электроинструмента, местного и ремонтного освещения и других переносных потребителей применяется напряжение 12В с использованием других защитных средств.
При получении пониженного напряжения от сетей высшего напряжения необходимо применять надежные методы защиты от перехода высшего напряжения на сторону низшего в питающих трансформаторах.
С развитием вычислительной техники, электроустановок м радиотехники сфера использования безопасного напряжения резко возросла.
5. Одним из основных устройств,
осуществляющих защиту человека от поражения электрическим током, является заземление элементов электрооборудования, нормально изолированных от напряжения.
Правила устройства электроустановок предписывают обязательное устройство заземления в электроустановках напряжением 500В и выше, а в помещениях повышенной опасности, особо опасных и в наружных электроустановках при напряжении свыше 42 В переменного тока и 100 В постоянного тока. В электроустановках напряжением свыше 100В заземление осуществляет также защиту особого рода, свойственную только электроустановкам высокого напряжения, - защиту от шаговых напряжений.
6. Зануление нашло широкое применение в
электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтрально.
7. Систему защиты, которая производит
автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети с полным временем отключения, обеспечивающим безопасность, принято называть защитным отключением. Такая защита может осуществляться при однофазных замыканиях и при прикосновении к элементам под напряжением, что повышает ее ценность. Защитное отключение состоит из прибора, реагирующего на опасные для человека параметры электроустановки, и аппарата, вызывающего отключение опасного участка под действием сигнала, поступающего с прибора. В качестве аппаратов в системах замкнутого отключения используются автоматические выключатели, магнитные пускатели и контакторы, применяемые для включения потребителей электроэнергии и при других видах защиты.
Основным элементом, характеризующим защитное отключение, является прибор защитного отключения, который применяется для защиты в электрифицированном инструменте, передвижных и подземных электроустановках.
8. Защита (в сочетании с изоляцией) при
прикосновении к фазным проводам и при замыкании на землю корпуса электрооборудования осуществляется компенсацией емкостных токов утечки. Применяется в подземных электроустановках и некоторых специальных передвижных электроустановках.
Подробнее раскроем содержание некоторых основных способов защиты от поражения электрическим током.
В электрических установках основным средством, препятствующим возникновению короткого замыкания электрической цепи, является ее электрическая изоляция, находящаяся под напряжением. Для обеспечения работоспособности электрооборудования и безопасности его эксплуатации необходимо применять электрическую изоляцию высокого качества с малой электропроводимостью.
При включении изоляции под напряжение через нее проходят электрические токи, величина которых определяется активным и емкостным сопротивлением этой изоляции, электрическая схема которой приведена на рис. 3.1.
Рис 3.1. Электрическая схема замещения изоляции:
соответственно сопротивление и ток сквозной проводимости; 
и 
-соответственно емкостное, активное сопротивление и ток абсорбции; 
- соответственно емкость и ток мгновенной поляризации; 
- приложенное к изоляции напряжение; А,В – электроды.
Активный, реактивный и общий ток определяется по формулам:
.
При воздействии на изоляцию переменного напряжения невозможно разделить его утечки на составляющие (ток сквозной проводимости и ток абсорбций), поэтому о качестве изоляции судя по величине потерь энергии в ней (диэлектрических потерь). Количественной характеристикой потерь является тангенс угла диэлектрических потерь - 
. Из рис. 3.2 следует, что
;
откуда
,
где 
- активная мощность, затрачиваемая на нагреве диэлектрика; 
- частота переменного тока.
Чем меньше , тем меньше потери энергии в диэлектрике, тем меньше диэлектрик нагревается и надежнее работает.
Для поддержания уровня электрической изоляции, отвечающей требованиям безопасности и режиму эксплуатации электроустановок, в ПЭУ предусмотрено нормирование сопротивления изоляции сетей.
Рис.3.2. векторная диаграмма токов диэлектрика:
- угол между током и напряжением в изоляции
Периодические испытания изоляции. Для измерений и испытаний сопротивления изоляции в электроустановках до 1000В чаще всего применяются мегомметры на 1000 и 2500В типа М1101 и др.
Защита электрической изоляцией имеет следующие преимущества перед другими видами защит (например, защитным отключением):
- так как качеством изоляции определяется режим работы электроустановок (потери электроэнергии, безопасность электроснабжения, безаварийность и т.д.), то затраты на поддержание высокого качества изоляции не являются специальными затратами на охрану труда;
- защита изоляцией является универсальной;
- защита осуществляется без отключения электроустановки. Это качество изоляции делает такую защиту незаменимой в электроустановках, в которых перерыв в энергоснабжении недопустим.
Защитное заземление – это заземляющее устройство, представляющее сочетание заземлителей с заземляющими проводниками и используемое для обеспечения электробезопасности людей. Характеристиками качества защитного заземления являются напряжение заземлителя и сопротивление.
Напряжение заземлителя- это действующее значение напряжения между заземлителем и зоной земли за пределами зоны растекания электрического тока. Сопротивление заземляющего устройства характеризуется отношением напряжения заземлителя к току, стекающему в землю. Для обеспечения условий электробезопасности необходимо стремиться к созданию заземляющих устройств с минимальным сопротивлением.
Все электроустановки в связи с различными условиями электробезопасности при защите заземлением принято разделять на четыре группы:
- электроустановки до 1000В с изолированной нейтралью, в которых нейтральная точка изолирована от земли или связана с землей через большие сопротивления;
- электроустановки свыше 1000В с малыми точками замыкания на землю, в которых ток однофазного замыкания на землю не превышает 500А;
- электроустановки свыше 1000В с большими токами замыкания на землю, превышающими 500А;
- электроустановки до 1000В с глухозаземленной нейтралью, в которых нейтральная точка связана с землей через небольшое активное сопротивление.
Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).
Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.
Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.