Современная жизнь человека, ее комфорт и обеспечение всем необходимым, неразрывно связаны с электричеством. Благодаря ему человек имеет средства к существованию и возможность воздействовать на силы природы с целью извлечения максимальной пользы для своей жизни. Но к множеству плюсов, которыми электричество обладает, существует и один огромный минус – приборы и оборудование, потребляющие и вырабатывающие электроэнергию, представляют собой угрозу для жизни человека, если не придерживаться правил их использования.
Электроустановки и их классификация по требованиям безопасности
Основными факторами, влияющими на степень опасности для жизни человека в электроустановках любого типа являются:
- напряжение;
- тип заземления нейтрали;
- величина замыкаемого на землю тока;
- изоляция частей, по которым движется ток;
- сопротивление человеческого тела;
- сопротивление земли (грунта) в зоне действия электрического тока.
Исходя из этих основных источников, в действующих «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) все установки разделены на четыре категории.
Первую составляют установки с глухозаземленной нейтралью трансформаторов, работающих от 220 кВ и выше, и с эффективно-заземленной нейтралью – установки от 110 до 220 кВ. Эффективно-заземленная нейтраль представляет собой схему, благодаря которой происходит ограничение тока замыкания на землю, она может содержать различные виды сопротивлений (активные, нелинейные и реактивные), а также не заземленную нейтраль.
Во вторую входят установки, где используется изолированная нейтраль или резонансное ее заземление с помощью дугогасящих резисторов и реакторов, работающих в сетях, напряжение которых составляет от 3 до 35 кВ.
Третью представляют электроустановки, использующие сеть с глухозаземленной нейтралью и работающие под напряжением от 110 до 600 В. В этих установках токи замыкания на землю обладают большими величинами.
Четвертая категория состоит из установок с изолированной нейтралью, работающих в сетях до 1 кВ. Такие установки обладают небольшим током замыкания на землю.
Безопасная работа электроустановок
Полностью исключить факторы, угрожающие здоровью и жизни людей, работающих на электроустановках, невозможно, потому что они имеют природную подоплеку. Но свести их к минимуму и сделать работу в установках максимально безопасной не только можно, но и необходимо. Для этого все работы по обслуживанию и эксплуатации электроустановок регламентированы в едином сборнике правил и норм: «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ). Одним из важнейших требований ПУЭ является защитное заземление электроустановок. Именно это требование и будет рассмотрено в этой статье более подробно.
Защитное заземление призвано обезопасить персонал, работающий и обслуживающий эти установки и сети, а также потребителей электроэнергии, использующих ее в бытовых приборах и устройствах. Что обеспечивает защитное заземление? Безопасность человека при случайном соприкосновении с металлическими частями электроустановок, не являющихся токоведущими, но оказавшимися под напряжением вследствие пробоя изоляции проводников, находящихся под током.
Что заземляется в электроустановках?
Требования и правила при использовании защитного заземления сведены в единый документ, регламентирующий и определяющий стандартизацию всего процесса – ГОСТ. Заземление, обеспечивающее защиту персонала и потребителей от поражения электрическим током, выполняется строго в соответствии с требованиями ПУЭ и соответствующим ГОСТом. Защитное заземление электроустановок предусматривает электрическое соединение металлических частей электроустановок с землей, а в отсутствии ее – с проводником, заменяющим землю. Также следует отметить, что заземляются те части установок, которые не имеют больше никакой другой защиты.
Таким образом, заземляются металлические корпуса электрических агрегатов, аппаратов, машин, кабельных муфт, светильников, розеток и выключателей, а также броня кабеля и проводов.
Существующие системы заземления электроустановок
Системы защитного заземления электроустановок определяются на основании таких характеристик источника питания как глухозаземленная нейтраль, изолированная нейтраль. Существует три основных системы, разработанные Международной электротехнической комиссией (МЭК): TN, IT и TT. Рассмотрим их подробнее.
Система TN и ее подсистемы
Системы с глухозаземленной нейтралью, в которых металлические части электроустановки подключены к нейтрали с помощью нулевых заземляющих проводников, относятся к группе TN. В свою очередь, эта группа имеет подгруппы, формирующиеся способом использования нулевого рабочего и защитного проводников. Так, если эти проводники совмещены в одном проводе по всей длине сети, подсистема обозначается TN-C. Это старая советская система. Если же защитный и рабочий нулевой провод совмещены только на участке цепи, начинающемся от источника питания (трансформаторной подстанции), то это уже подсистема TN-C-S. Ну а в случае, когда нулевой рабочий и защитный провод разнесены по отдельным проводам на всем протяжении сети, эта подсистема обозначается TN-S. Она считается более предпочтительной для полной безопасности электроустановки.
Системы IT и ТТ
Система, в которой заземление нейтрали отсутствует или оно выполнено через резонансное заземление, обозначается как IT. В такой системе металлические части электрооборудования заземляются отдельными проводниками, присоединенными к заземляющим устройствам.
Система с глухозаземленной нейтралью, в которой металлические части электрооборудования заземлены с использованием устройств, никаким образом несоединенными с нейтралью источника питания, обозначается TT и применяется исключительно для мобильных помещений. В других случаях такая система требует использования устройств защитного отключения.
Заземляющие устройства
Согласно ПУЭ, для защиты человека от опасных напряжений используется схема заземления, смонтированная путем электрического соединения частей установки, выполненных из токопроводящих материалов и изолированных от токоведущих частей, с заземлителем. В свою очередь, заземлитель представляет собой изготовленный из металла проводник, имеющий хорошую электропроводимость и большую площадь соприкосновения с почвой. Все вместе – заземлитель и провода, электрически связывающие его с частями электроустановок и есть заземляющее устройство.
В зависимости от вида тока, использующегося в электроустановках до 1000 В, применяются схемы заземления с глухозаземленной нейтралью или изолированной (переменный ток), глухозаземленной или изолированной средней точкой (постоянный ток). Нейтраль источника питания (генератора или трансформатора) называется глухозаземленной, если она соединена непосредственно с заземляющим устройством, а изолированной считается та нейтраль, которая не имеет с ним соединения или соединена через устройства с большим сопротивлением.
Виды заземляющих устройств
Заземлители подразделяются на два вида: искусственные и естественные. Первый вид заземляющих конструкций предусматривает использование различных металлических предметов. Ими могут быть уголки, стержни и трубы, имеющие в длину не менее двух с половиной метров и зарытые (вкопанные) в землю. Между собой они соединяются полосами стали или отрезками металлической проволоки – катанки – большого диаметра (не менее 8–10 мм) методом сварки. Заземляющими проводниками могут являться как металлические и медные шины, так и медные проволочные жгуты, соединяемые с частями электрооборудования или сваркой, или болтовым соединением.
Второй вид заземляющих конструкций предусматривает использование в качестве заземлителя конструкций зданий, выполненных из металла и надежно соединенных с землей. Все железобетонные конструкции должны иметь металлические закладные для присоединения заземляющих проводников. В этом случае заземляющие проводники ничем не отличаются от проводников, применяющихся и в искусственных заземлителях.
Еще одним видом заземляющего устройства является зануление. Такой вид защитного заземления заключается в соединении изолированных от тока частей электроустановок с глухозаземленной нейтралью через нулевой провод. Зануление обеспечивает возникновение КЗ при любом замыкании фазы на корпус устройства и позволяет более эффективно сработать защитной отключающей аппаратуре.
Требования к заземляющим устройствам
Все устройства, использующиеся для заземления, должны соответствовать стандартам, утвержденным государством, строительным нормам и ПУЭ. Их задача – обеспечить безопасность людей, защиту электроустановок и режимы их эксплуатации.
Ни в коем случае не допускается последовательное соединение нескольких частей электроустановки заземляющими проводниками – каждой части должен соответствовать только один кабель заземления, имеющий диаметр сечения не меньший, чем указанный в ПУЭ. Заземляющие проводники, размещенные открыто, защищаются от воздействия агрессивной среды путем окраски их в черный цвет.
Техническое состояние устройств заземления и проверка заземления осуществляется методом осмотра невооруженным глазом видимой части устройства, осмотра с частичным вскрытием грунта и измерением параметров заземляющего устройства. Видимая часть устройства осматривается один раз каждые шесть месяцев.
Требования к соединениям защитных и заземляющих проводников
Все соединения заземлителя и заземляющих проводников выполняются методом сварки. Корпуса электроустановок, машин и аппаратов, главный заземляющий контакт на контуре заземления и опорах высоковольтных линий соединяются с помощью заземляющего проводника болтовым креплением. Заземляющие проводники выполняются из стальных или медных шин, а также медных жгутов. Также в качестве заземляющих проводников может использоваться кабель заземления. Для этих целей применяется как многожильные, так и одножильные медные кабели, сечение которых позволяет осуществлять низкоомные соединения.
Измерение сопротивления заземляющих устройств
Чтобы убедиться в соответствии сопротивления действующего заземляющего устройства требованиям правил и инструкций, проводятся измерения существующего сопротивления. Задача такого измерения заключается в определении величины сопротивления заземляющей системы проходящему через нее на землю току – так называемому току растекания.
Измерения проводятся в соответствии с требуемыми нормами безопасности: недопущение однофазного замыкания и использования средств личной защиты, включающих диэлектрические перчатки и боты, а также изолирующий инструмент.
Оборудование и средства для измерения сопротивления заземления
Основным прибором, которым производятся измерения сопротивления растекающимся токам, является измеритель заземления ИС-10. Данный прибор работает в пяти диапазонах измерения, что объясняет его широкое применение. Минимальным диапазоном является сопротивление от 0,01 до 9,99 Ом, затем следуют диапазоны 0,1–99,9 Ома, 1–999 Ом, 0,01–9,99 кОма. Максимальное сопротивление, определяемое этим прибором, составляет диапазон от 1 до 999 мОм. В сочетании с прибором для измерений используются выносные токовые и потенциальные электроды.
Следует отметить, что измерительная схема заземления собирается по строгим правилам – соединительные проводники прибора, в первую очередь, к токовым и потенциальным электродам, затем к прибору и в последнюю – к заземлителю.
Методы проверки заземления
Величина сопротивления растекающемуся току для различных заземляющих устройств неодинакова и зависит от множества факторов, таких как вид электроустановки, состояние грунта в месте монтажа этой установки, а также использованного типа такого устройства.
Методика измерений содержит два способа, которые отображены в правиле, действующем для приборов ИС-10 при измерении ими сопротивления заземления. Если сопротивление устройства, указанное в его паспорте, выше 5 Ом, используется трехпроводная схема. Если же значения меньше этой величины – используется четырехпроводная схема.
