CC BY
2Т.В. Еремина, канд. техн. наук, доц. кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности»,
ВСГТУ
Научное направление: Безопасность жизнедеятельности
УДК 658.382.3.631.1
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ НЕСТАЦИОНАРНЫХ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Дан анализ состояния электробезопасности нестационарных электроустановок. Определено наличие рынка существующих устройств защитного отключения, применяемых в зарубежных странах и в России. Приведена характеристика электрических сетей при выборе средств защиты человека. Установлены преимущества устройств защитного отключения.
Ключевые слова: нестационарная электроустановка, электробезопасность, средства защиты, электротравматизм, электрические сети, устройство защитного отключения.
T.V. Eremina, Ph.D., Associate Prof. MAINTENANCE OF EFFECTIVE PROTECTION OF NON-STATIONARY ELECTRO PLANT
The analysis of the state of electrical security of non-stationary electric plants is given in the article. We determined protective cutout devices, used in foreign countries and in Russia. The characteristic of electrical networks in the choice ofprotecting means for a person and the advantages ofprotective cutout devices are found out.
Key words: non-stationary electric plant, an electric security, protection frames, an electrotraumatism, electric networks.
В отличие от большинства электротехнических изделий нестационарной электроустановкой (НЭУ) пользуются лица, не имеющие специальной подготовки, поэтому НЭУ и её двигатель должны удовлетворять особо высоким требованиям безопасности.
Защита от поражения электрическим током оператора НЭУ обеспечивается наличием не менее чем двух не зависящих друг от друга защитных средств. Этими защитными средствами являются основная изоляция на всех элементах, находящихся под напряжением, у НЭУ любого класса защиты и, кроме того, заземление всех доступных для прикосновения металлических частей у НЭУ класса I, дополнительная или усиленная изоляция всех доступных для прикосновения частей у НЭУ класса II; особо низкое напряжение и электрическое разделение цепей в источнике питания у НЭУ класса III [1].
Среди всех видов травм электротравма по количеству смертельных исходов занимает одно из первых мест. Снижение уровня электротравматизма возможно при правильной научной постановке решения вопросов электробезопасности.
Комплексное решение вопросов электробезопасности при эксплуатации НЭУ имеет решающее значение с точки зрения снижения возникновения электротравматизма. В соответствии с требованиями правил устройства электроустановок (ПУЭ) [1] в электрических сетях до 1000В предусматривается применение устройств защитного отключения в аварийных режимах сети при работе с электроустановками.
Устройство защитного отключения (УЗО) является наиболее эффективным и экономически целесообразным защитным средством, надёжно срабатывающим при опасных ситуациях, связанных с непосредственными касаниями токоведущих частей электроустановок и оборудования или при электрических пробоях изоляции и замыканиях на корпус, а также при снижении сопротивления изоляции ниже допустимой величины.
УЗО получили широкое распространение во многих странах мира: США, Великобритании, Германии, Австрии, Японии и др., являющихся ведущими в области освоения защитного отключения и имеющих высокий уровень развития данной аппаратуры.
В современных условиях развития промышленности и сельского хозяйства созданы условия для массового внедрения УЗО по току утечки в различных сферах деятельности человека. Такое внедрение может осуществляться на действующих и проектируемых объектах. Однако введение УЗО в состав систем безопасности на действующих объектах потребует значительных затрат.
В настоящее время наметились тенденция формирования и перспективы развития рынка УЗО в России. Например, в странах Западной Европы ежегодно производится и устанавливается
свыше 10 млн. УЗО различных типов. Степень их насыщенности оценивается из соотношения 3,5 единицы электрозащитной аппаратуры в среднем на каждого жителя. В России за последние двадцать пять лет установлено менее 1 млн. УЗО отечественного и зарубежного производства [2]. Емкость потенциального рынка УЗО в России оценивается ориентировочно в 30 млн. единиц, т.е. одно УЗО на 5 человек.
В основу всех УЗО положен принцип использования в качестве датчика дифференциального трансформатора тока (ДТТ), выходной сигнал которого приблизительно пропорционален разности (дифференциалу) токов в первичных проводниках трансформатора. Ток утечки в землю в защищаемой зоне является для ДТТ дифференциальным током, вызывающим появление выходного сигнала.
Исходя из анализа применения электрозащитных средств, необходимо отметить ограниченность функций широко применяемых автоматических выключателей, выполняющих защиту от токов коротких замыканий и перегрузок и как основную - функцию управления работой электроустановок. Защитные аппараты нового поколения - УЗО являются многофункциональными и значительно повышают безопасность электроустановок. По конструктивному исполнению УЗО достаточно сложны ввиду реализации дополнительных функций. Применяемые на практике многофункциональные УЗО имеют ряд преимуществ в сравнении с совокупностью применяемых традиционных средств защиты, в частности, высокую надёжность, меньшие потери электроэнергии.
К наиболее важным характеристикам УЗО относятся:
- число фаз защищаемой сети;
- рабочий ток в защищаемой сети;
- номинальное напряжение питания;
- уставка срабатывания и время срабатывания;
- наличие защиты от перегрузки и коротких замыканий;
- возможность самоконтроля исправности.
Известно, что основным назначением УЗО является защита от прикосновения человека к корпусу электроустановки, электрически связанного с землей, т.е. когда возникает ток утечки на землю.
Выбор средств защиты в значительной мере зависит от системы заземления сети. Согласно [3] предусмотрены три системы заземления сетей: ТТ - нейтрали источника и корпуса электроприемников заземлены, причем заземления могут быть раздельные; ТК - нейтраль источника заземлена, а корпуса электроприемников занулена; 1Т - нейтраль источника изолирована, а корпуса электроприемников заземлена.
В электрической сети с системой ТТ корпуса НЭУ через устройство заземления подключены к заземляющему устройству. При однофазном замыкании на землю максимальная токовая защита автоматического выключателя не срабатывает ввиду недостаточного значения тока замыкания, ограниченного сопротивлениями нейтрали и заземления НЭУ, включенными последовательно. В таком случае прямое прикосновение к токоведущим частям всегда опасно, т.к. напряжение прикосновения равно фазному напряжению сети. Косвенное прикосновение (к корпусу НЭУ) также может быть опасно. Поэтому для быстрого отключения НЭУ необходима установка УЗО в начале питающей сети, а для более эффективной защиты - на каждой НЭУ, согласно ПУЭ.
В электрической сети с системой ТК применяются НЭУ любого класса защиты. При использовании класса I заземлять НЭУ не рекомендуется. При однофазном замыкании на землю в такой сети ток замыкания будет достаточным для срабатывания максимальной токовой защиты автоматического выключателя, т.к. сопротивление петли фаза-нуль будет незначительным. Прямое прикосновение к токоведущим частям при эксплуатации НЭУ всегда опасно, т.к. напряжение прикосновения равно фазному напряжению питающей сети. Поскольку НЭУ в основном эксплуатируются в тяжелых условиях с точки зрения безопасности, значит и косвенное прикосновение при работе с НЭУ также может быть опасно, поэтому в таких сетях напряжением 380/220В необходимо применение УЗО, несмотря на то, что сеть с системой ТК обеспечивает быстродействующее срабатывание максимальной токовой защиты по сравнению с сетью системы ТТ.
В электрической сети с системой 1Т могут применяться НЭУ класса I, присоединенные к сетям заземления. При большой ёмкости питающей сети прямое прикосновение к токоведущим частям опасно. Ввиду незначительной величины однофазного тока замыкания на землю косвенное прикосновение мало опасно. Напряжения прямого и косвенного прикосновения в сети 1Т значительно отличается от соответствующих напряжений в сетях ТТ и ТК.
Поскольку выпускаемые отечественной промышленностью и применяемые зарубежные НЭУ могут быть однофазные и трехфазные, в основном широко используются защиты класса II, значит источником питания являются ТК сети однофазные и трёхфазные. Ввиду того, что НЭУ применяются во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве и в быту, поэтому в зависимости от условий эксплуатации НЭУ используется соответствующий тип УЗО.
Расчётная нагрузка в производственных помещениях, где используются НЭУ, зависит от количества работающих электроустановок, их потребляемой мощности и в соответствии с этим осуществляется выбор УЗО для совместной и индивидуальной защиты. При работе с НЭУ на территории предприятий, участках, в сельскохозяйственных помещениях устанавливаются УЗО на вводе питающей сети. При нагрузке до 10кВт УЗО должны быть рассчитаны на работу в трехфазной сети с рабочим током до 50А.
Учитывая возможность использования УЗО для однофазной и трехфазной сети, целесообразно напряжение питания выбирать равным 220 и 380В.
Преимуществом УЗО является то, что оно обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током при прямом или косвенном контакте с токоведущими частями электроустановки, а также защиту от пожаров, возникающих вследствие длительного протекания токов утечки на землю.
Для дополнительной защиты от прямого и косвенного прикосновения штепсельные розетки с номинальным током не более 16 А наружной установки должны быть оснащены устройствами защитного отключения с номинальным отключающим током не более 30 мА.
В такой же защите нуждаются и штепсельные розетки внутренней установки, к которым могут быть подключены переносные электроприемники, используемые вне зданий или в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных. В помещениях без повышенной опасности устройства подключаются к трехфазной штепсельной розетке трехфазной нагрузки, например, ручного электроинструмента (электромолотка, электродрели, водоэлектронагревателей, электропил, электронасосов и др.).
Причем при эксплуатации такого вида НЭУ эффективно использовать переносные устройства защитного отключения однофазные или трехфазные (УЗО-вилки). Например, УЗО-вилка ДПВ-Т (дифференциальный переносной выключатель трехфазный) [4] универсальна, портативна, может применяться при эксплуатации трехфазных НЭУ. В таблице 1 приведены технические характеристики УЗО-вилки ДПВ-Т.
Таблица 1
Номинальное рабочее напряжение, В ~380
Номинальный ток, А 16
Характеристика функционирования при наличии дифференциального тока с составляющей постоянного тока А
Номинальный отключающий дифференциальный ток (уставка), мА 30
Время отключения, с 0,03
Электрическая износостойкость, циклов В-О, не менее 10000
Механическая износостойкость, циклов В-О, не менее 20000
Климатическое исполнение и категория помещения УХЛ4
Степень защиты УЗО-ДПВ-Т IP20/IP44
Срок службы, лет 15
Функционально УЗО-вилка представляет быстродействующее устройство, применение которого в качестве средства защиты обеспечивает значительное снижение уровня электротравматизма людей, а также снижение возникновения пожаров и возгораний по электрическим причинам при работе с НЭУ.
Библиография
1. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002-2004. - 289 с.
2. Никольский О.К., Сошников А.А., Полонский А.В. Проблемы и перспективы массового применения устройств защитного отключения в России // Промышленная энергетика. - 2001. - №2. - С.48-50.
3. Слободкин А.Х., Пупин В.М. Обзор российского рынка устройств защитного отключения и анализ эффективности осуществляемой ими защиты в сетях напряжением 380/220В // Промышленная энергетика. - 2000. - №11. - С. 43-49.
4. Патент 88848 РФ. Трехфазное переносное устройство защитного отключения / Т.В. Еремина. - Опубл. Б.И., 20.11.2009. №32.
Bibliography
1. Rules for Electrical Installation. 7th ed. - M: Izd SC ENAS, 2002-2004., 289p.
2. Nikolsky O. K, SoshnikovA.A., PolonskyA.V. Problems and prospects of mass application of protective power-cut devices in Russia // Industrial Energy. - 2001. № 2., P.48-50.
3. Slobodkin A.H., Pupin V.M. The Russian Market of protective power-cut devices and analysis of the effectiveness of their protection in 380/220V voltage networks. // Industrial Energy. - 2000. - № 11. -P. 43-49.
4. RF Patent 88848. Three-phase portable protective power-cut device // .V.Eremina - Publ. BI, 20.11.2009. № 32.
