Розділ «4.5. Основи електробезпеки та захист працівників»

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. 4.17).

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 замулений 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. Значення струму визначається фазною напругою £/ф і повним опором кола короткого замикання:

де Zт - повний опір трансформатора. Ом; Zф, Zн - повний опір фазового і нульового проводів, Ом.

Ці опори мають активну й індуктивну складові, тобто комплекс Zп = Zф + Zн + jХп повного опору петлі "фаза - нуль".

Можна застосовувати наближену формулу для дійсного значення (модуля) струму короткого замикання Ік, А, у якому модулі опорів трансформатора і петлі "фаза - нуль" Zт і Zп додаються арифметично:

Значення Zп складається зі значень ряду послідовно включених опорів:

де Хп - зовнішній індуктивний опір петлі "фаза - нуль", Ом.

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 Ті 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. 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 = IhRh. 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. Розгляньмо деякі з названих типів пристроїв захисного відключення (див. рис. 4.18).

1. Пристрої, що реагують на потенціал корпусу. Призначення цих пристроїв захисного відключення - усунення небезпеки ураження людей струмом при виникненні на заземленому чи зануленому корпусі підвищеного потенціалу. Звичайно ці пристрої є додатковим заходом захисту до заземлення або занулення.

Принцип дії: швидке відключення від мережі пошкодженого устаткування, якщо потенціал φк, В, який виник на його корпусі, виявиться вище потенціалу φк доп, В, при якому напруга дотику до корпусу має якнайтриваліше допустиме значення. На рис. 4.18 а показано принципову схему такого пристрою, в якому датчиком служить реле максимальної напруги, включене між корпусом, що захищається, і допоміжним заземлювачем 2 (безпосередньо або через трансформатор напруги). Електроди допоміжного заземлювача мають бути розміщені поза зоною розтікання струмів, які стікають із заземлювача корпусу або заземлювачів нульового провідника мережі. Коли відбувається пробій фази на заземлений чи занулений корпус, спочатку виявляється захисна властивість заземлення (чи занулення), що знижує потенціал корпуса до деякої межі (φк = Iзrк, де Із - струм, що стікає в землю, А; rк - опір заземлення корпусу, а при зануленні - опір повторних заземлень нульового провідника, Ом). Якщо φк перевищить φк доп, спрацює пристрій захисного відключення, тобто відбудеться відключення пошкодженої установки від мережі.

2. Пристрій, що реагує на струм замикання на землю. Призначення - усунення небезпеки ураження струмом людей при дотику до заземленого корпусу в момент замикання на нього фази. Принцип дії: швидке відключення пошкодженого устаткування від мережі в разі, якщо струм, який проходить через провідник, що заземлює корпус цього устаткування, перевищить деяке граничне значення Із доп, А, при якому напруга дотику має найбільше тривало допустиме значення Uдот.доп, В (рис. 4.18 (У). Тут датчиком служить струмове реле, що має малий опір і включене безпосередньо у розсічку заземлювального проводу або у вторинну обмотку трансформатора струму, що застосовується при великому струмі замикання на землю. При замиканні фази на корпус струм, що стікає в землю, якщо він перевищує уставку захисту, викликає спрацювання реле, тобто відключення установки від мережі. У схемах, застосовуваних у системах занулення, струмове реле включається в розсічку занулювальних провідників і спрацьовує під дією однофазового короткого замикання. Такі пристрої відрізняються чіткістю спрацьовування.

3. Пристрої, що реагують на напругу нульової послідовності. Призначення цих пристроїв захисного відключення - усунення ураження струмом, що виникає при глухому замиканні однієї або двох фаз на землю, у тому числі при замиканні фази на заземлений корпус. Принцип дії: швидке відключення мережі від джерела живлення при виникненні напруги нульової послідовності, тобто несиметрії повних провідностей проводів мережі щодо землі вище деякої межі (рис. 4.18 в). Тут датчиком служить фільтр напруги нульової послідовності, що складається з трьох конденсаторів, поєднаних у зірку. Реле напруги, включене між нульовою точкою фільтра і землею, спрацьовує, коли напруга нульової послідовності (тобто напруга між нейтральною точкою джерела струму і землею) U0 досягає значення, при якому напруга на затискачах реле стає рівною чи перевищує напругу його спрацьовування Uсл. При цьому відбувається відключення мережі від джерела. Зона застосування таких пристроїв захисного відключення - трифазні трипроводові мережі до 1000 В з ізольованою нейтраллю і малою довжиною, яким властиві високий опір ізоляції і невелика ємність щодо землі.

4. Пристрої, що реагують на струм нульової послідовності. Призначення пристроїв захисного відключення цього типу — забезпечити безпеку людини у разі дотику до заземленого (зануленого) корпусу при замиканні на нього фази або до струмопровідної частини, що перебуває під напругою. Принцип дії: швидке відключення ділянки чи мережі споживача енергії, якщо струм нульової послідовності перевищує деяке значення, при якому напруга дотику до "пробитого" корпусу або струмопровідної частини, що перебуває під напругою, має найбільше тривало допустиме значення Uдот.доп. Тут датчиком може служити фільтр струму нульової послідовності, що є трьома однотипними трансформаторами струму, установлених на всіх фазах мережі. Однойменні затискачі їх вторинних обмоток з'єднані паралельно, і до них підключена обмотка струмового реле. У результаті через реле проходить струм, який дорівнює геометричній сумі вторинних струмів трансформаторів. Цей струм, досягши значення струму спрацювання реле або перевищивши його, викликає відключення ділянки мережі, що захищається, від джерела живлення (рис. 4.18 г).

5. Пристрої, що реагують на оперативний струм (рис. 4.18 д). Призначення цього пристрою захисного відключення, що реагує на оперативний струм, - забезпечувати безперервний автоматичний контроль опору ізоляції мережі, а також захист людини, яка торкнулася до струмопровідної частини, від ураження струмом. Отже, цей тип пристрою захисного відключення (реле витоку) може служити самостійним заходом захисту від ураження струмом при дотику до "пробитого" незаземленого і незануленого корпусу або до струмопровідної частини, що перебуває під напругою. Він може також служити додатковим захисним заходом до захисного заземлення (цей принцип використовується в шахтах, кар'єрах тощо).